Thèse soutenue

Étude des propriétés optiques des matériaux nanocomposites métal-diélectrique induites par laser

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Auteur / Autrice : Van Doan Le
Direction : Nathalie Destouches
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Optique et Photonique
Date : Soutenance le 22/09/2023
Etablissement(s) : Saint-Etienne
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Ingénierie Santé (Saint-Etienne)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Hubert Curien (Saint-Etienne ; 1995-....)
Jury : Président / Présidente : Mathieu Hébert
Examinateurs / Examinatrices : Myriam Zerrad, Béatrice Dagens
Rapporteurs / Rapporteuses : Davy Gérard, Kevin Vynck

Mots clés

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Résumé

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La couleur structurale résulte de l'interaction entre la lumière et les matériaux nanostructurés. La capacité à contrôler les couleurs structurales des nanomatériaux a suscité un intérêt significatif dans la recherche sur les métasurfaces en raison de leur potentiel pour une large gamme d'applications industrielles, telles que la vision, les technologies d'affichage, l'encodage de données et la lutte contre la contrefaçon. Cependant, l'augmentation de la production représente un défi majeur pour la personnalisation des métasurfaces. Les techniques basées sur le laser offrent une approche potentielle pour surmonter un tel défi en raison de leur simplicité, de leur rentabilité et de leur évolutivité. Cependant, les matériaux induits par laser souffrent généralement d'imperfections intrinsèques, notamment des tailles de particules variables, une organisation imparfaite et des morphologies de surface différentes. Les réponses optiques du matériau sont donc caractérisées par leurs propriétés statistiques, ce qui rend la recherche sur les propriétés colorées difficile.Cette thèse étudie les propriétés optiques de films minces de TiO2 mésoporeux imprégnés de petites particules d'argent déposées sur des substrats en verre et traitées par des lasers. Les principaux objectifs de cette thèse sont de comprendre comment les inhomogénéités structurales affectent les propriétés optiques des matériaux et les mécanismes qui conduisent à différentes propriétés de diffraction et de dichroïsme résultant de leurs propriétés statistiques.La thèse se compose de cinq parties principales. La première partie présente le contexte théorique, y compris les propriétés de résonance plasmonique des particules d'argent en fonction des paramètres opto-géométriques variables. La méthode de simulation basée sur les formalismes de la matrice T et de la matrice de diffusion pour résoudre le problème de la diffusion multiple est également discutée. La deuxième partie présente les techniques expérimentales utilisées dans cette thèse, notamment la préparation d'échantillons à base de sol-gel, les expériences d'impression laser et la caractérisation des couleurs. Les trois parties suivantes contiennent les principaux résultats de la thèse. La partie 3 se concentre sur l'étude du dichroïsme résultant du couplage entre les résonances plasmoniques et photoniques excitées dans les films structurés par laser. Elle examine comment les propriétés statistiques affectent les résultats des simulations et l'influence des imperfections sur les propriétés optiques. La partie 4 se concentre sur les propriétés colorées, la diffraction et le dichroïsme des matériaux contrôlés par des impulsions laser de nanoseconde. Les mécanismes par lesquels certains échantillons présentent une diffraction, d'autres montrent un dichroïsme, tandis que d'autres présentent simultanément les deux phénomènes optiques sont également abordés. Enfin, la partie 5 examine les propriétés de diffraction de structures comportant trois réseaux superposés induits par un laser continu.