Sonde active pour SNOM et l'interaction lumière-matière nanométrique basée sur la photopolymérisation

Contribution to Active Probe for SNOM and Nanoscale Light-matter Interaction based on Photopolymerization

• Auteur / Autrice : Hongshi Chen
• Direction : Renaud Bachelot, Jérôme Plain
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux, Mécanique, Optique et Nanotechnologie
• Date : Soutenance le 01/06/2022
• Etablissement(s) : Troyes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Troyes, Aube)
• Partenaire(s) de recherche : : CSC (China Scholarship Council)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Lumière- nanomatériaux et nanotechnologies / L2n
• Jury : Président / Présidente : Régis Barillé
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Renaud Bachelot, Jérôme Plain, Régis Barillé, Thierry Grosjean, Tao Xu, Shuwen Zeng
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Régis Barillé, Thierry Grosjean

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plasmons

Photopolymérisation

Microscopie en champ proche

Nanophotonique

Nanotechnologie

Mots clés libres

Nanotechnologie

Nanophotonique

Microscopie en champ proche

Photopolymérisation

Plasmons

Nanotechnology

Nanophotonics

Near field microscopy

Photopolymerization

Plasmons (physics)

Résumé

La microscopie optique en champ proche à balayage (SNOM) est une technologie d'imagerie optique à haute résolution. L'information associée aux hautes fréquences spatiales du champ proche est associée à une haute résolution spatiale, permettant de dépasser la limite de diffraction. Développer une sonde optique locale efficace reste un sujet clé d'actualité qui est abordé depuis longtemps. La thèse porte sur le développement d'une sonde en champ proche active basée sur une pointe polymère intégrée à l'extrémité d'une fibre optique. Nous avons polymérisé une pointe en polymère sur la surface de l'extrémité de la fibre. Pour le balayage, les forces locales de cisaillement détectées à l’aide d’un micro diapason sur lequel est collée la sonde sont utilisées pour contrôler la distance sonde-échantillon. Après fonctionnalisation de surface de la sonde polymère, quelques nano-émetteurs ont été attachés sur l'extrémité de la sonde, pour obtenir une sonde active. Les nano-émetteurs peuvent servir de source lumineuse locale pour la sonde active. La stratégie d’intégration de nano-emetteurs développée a été utilisée sur des nanocubes d'or sur substrat, pour concevoir des nano-émetteurs de plasmons hybrides sensibles à la polarisation. Nous avons également étendu ces nano-émetteurs hybrides au régime de photon unique. Enfin, la sonde active a été testée sur deux types d'échantillons : des nanofils d'argent et des nanocubes d'or. En utilisant notre nouvelle sonde active, nous avons collecté des informations de champ proche pour ces nanostructures et dépassé la limite de diffraction.

Scanning Near-field Optical Microscope (SNOM) is a technology for high resolution optical imaging. The high spatial frequency information from the near-field is associated to high spatial resolution, allowing one to break the diffraction limit. The used local probe is still a key topical issue that has been addressed for long. The thesis deals with the development of an active near-field probe based on a polymer tip integrated at the extremity of an optical fiber. We polymerized polymer tip on the surface of the fiber end as a scanning optical probe. Shear-force method with micro tuning fork is used for controlling the probe-sample distance. After surface functionalization of the polymer probe, a few nano-emitters have been attached on the probe extremity, to obtain an active probe. Upon excitation, the nano-emitters can act as local light source for the active probe. Besides, while the development of such active hybrid probes turned out to be challenging, the developed strategy of attachment has been used on gold nanocubes on substrate, to create polarization-sensitive hybrid plasmon nano-emitters. We also extended this hybrid nano-emitters to single photon regime. Finally, the active probe was tested on two kinds of samples: silver nanowires and gold nanocubes. By using our new active probe, we obtained near-field information for those nanostructures and broke the diffraction limit.