Démonstration d'un contrôle de l'anisotropie des propriétés optiques induites par irradiation d'un laser IR fs dans des matériaux organiques : biréfringence, di-atténuation, GSH, photoluminescence

Demonstration of anisotropy control of optical properties induced by IR fs laser irradiation in organic materials : birefringence, di-attenuation, SHG, photoluminescence

• Auteur / Autrice : Ruyue Que
• Direction : Bertrand Poumellec, Matthieu Lancry
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 15/09/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences chimiques : molécules, matériaux, instrumentation et biosystèmes
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de chimie moléculaire et des matériaux d’Orsay (Orsay, Essonne ; 2006-....)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Chimie (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Annick Loiseau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Razvan Stoian, Sébastien Forget, Marie Erard, Enrique Garcia-Caurel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Razvan Stoian, Sébastien Forget

Mots clés

Mots clés contrôlés

Photoluminescence

Génération de second harmonique

Matériaux organiques

Lasers femtoseconde

Anisotropie

Mots clés libres

Anisotropie

Laser femtoseconde

Matériaux organiques

Génération de seconde harmonique (GSH)

Luminescence

Polarisation

Anisotropy

Femtosecond laser

Organic material

Second harmonic generation (SHG)

Luminescence

Polarization

Résumé

L'écriture directe par laser femtoseconde dans les matériaux a été étudiée en raison de ses avantages en micro-technologie. La découverte de l'effet de polarisation trouvé dans le contrôle de l'orientation de la cristallisation dans le verre d'oxydes LiNbSi a été une découverte exceptionnelle. Outre la longueur d'onde, la durée des impulsions, leur énergie et leur taux de répétition, la polarisation joue ainsi également un rôle essentiel étendant la dimensionalité du contrôle des processus à l'échelle nanométrique. De notre point de vue, nous avons étendu ce type de recherche, du monde inorganique au monde organique dans divers types de matériaux organiques parmi les cristaux et les verres. Des propriétés telles que la génération de seconde harmonique (GSH), la biréfringence linéaire (LB), le dichroïsme ou la di-atténuation linéaire (LD) ou la photoluminescence, ont été créés par irradiation laser. Toutes indiquent lors de ces processus que des espèces asymétriques ont été créés. Plus encore, la formation de GSH implique qu'une symétrie d'inversion a été brisée comme dans le cristal d'α-glycine. La création de luminescence a été trouvée dans de nombreux matériaux organiques après une irradiation laser femtoseconde. Cela montre une certaine généralité du mécanisme d'interaction entre le laser fs et le matériau organique. Le point culminant de cette thèse est la découverte de l'anisotropie de la luminescence et le contrôle de l'orientation de celle-ci par la polarisation, incluant l'écriture, l'effacement et la réécriture. Cette étude est la démonstration que l'action de la polarisation de la lumière sur le contrôle de l'anisotropie peut être réalisé dans un matériau organique et à l'échelle moléculaire.

Femtosecond laser direct writing in materials has been studied due to its advantages in micro-processing. The discovery of polarization effect found in controlling the crystallization orientation in LiNbSi oxide glass was an outstanding finding. Besides the wavelength, the pulse duration, the pulse energy, and the repetition rate, the polarization also plays an essential role in extending the dimension of control at the nanoscale. We extended such a research from inorganic to organic world in various kinds of organic materials among crystals and glasses. Properties such as photoluminescence, second harmonic generation (SHG), Linear birefringence (LB), Linear dichroism or linear di-attenuation (LD) were discovered after laser irradiation. All indicate that asymmetric species have been created. SHG formation e.g. like in α-glycine crystal, implies in addition that inversion symmetry has been broken. Luminescence creation has been found in many organic materials after femtosecond laser irradiation, which seems to indicate a general interaction mechanism between fs laser and organic material. The highlight of this thesis is the discovery of the anisotropy of luminescence and the control of its orientation by light polarization, including writing, erasing, and rewriting. This study performs a step forwards to demonstrate that light polarization effect and anisotropy control by polarization can be realized in organic material and at a molecular scale.