Nanoemetteurs plasmoniques hybrides anisotropes – HAPPLE

La plasmonique hybride est basée sur les couplages radiatifs et non radiatifs entre une ou des nanoparticules métalliques (NPM) et un autre matériau, souvent organique. Dans ce contexte sont apparus les concepts de «plasmonique active» et de “spasers” (Surface Plasmons Amplification by Stimulated Emisssion of Radiation). Les nanosystèmes hybrides sont en général fabriqués par enrobage isotrope d’une NPM par un milieu diélectrique actif homogène. Cette isotropie rend impossible l’excitation sélective de modes d’émission particuliers de la particule hybride. Le projet HAPPLE propose une approche originale de nouveaux nano-systèmes émissifs anisotropes métal/polymère (SEA) présentant une anisotropie spatiale du milieu actif et par conséquent des propriétés d’émission contrôlables via l’état de polarisation de la lumière excitatrice. La fabrication des SEA repose sur une approche originale développée lors d’un précédent projet ANR-Blanc (Photohybrid, 2007-2010) aux résultats nombreux. Cette fabrication est basée sur une nano photo-polymérisation en champ proche déclenchée par les champs locaux exaltés de plasmons de surface localisés de la NPM. Le résultat est une particule hybride dont l’enrobage polymère reproduit intrinsèquement la distribution du champ électromagnétique propre à la NPM. HAPPLE permettra une percée supplémentaire en développant et utilisant des photopolymères fluorescents pour la réalisation de SEA dont l’émission sera contrôlable (longueur d’onde, intensité, durée de vie de fluorescence, diagramme de rayonnement,..) via les conditions d’excitation optiques. Le projet est planifié sur 4 ans et inclut 4 taches (WP) interdépendantes. WP1 est dédiée à la fabrication et l’étude des propriétés plasmoniques des NPM qui seront sélectionnées. WP2, qui tirera parti d’expériences préliminaires concluantes, se focalisera sur la mise au point et l’optimisation de formulations photopolymères fluorescentes incluant à la fois des photosensibilisateurs permettant des sensibilités spectrales ajustables et des fluorophores sélectionnés pour leur solubilité et leur stabilité photochimique. La fabrication de SEA de complexité croissante sera réalisée dans le WP3, WP4 se focalisant sur la caractérisation et la compréhension approfondie des propriétés optiques et photophysiques des SEA ; ces deux derniers WP constituent le cœur du projet. HAPPLE fédère 4 partenaires aux expertises complémentaires : le LNIO, Université de Technologie de Troyes (optique de champ proche, nano-optique, plasmonique, interaction locale nanosources/polymères), l’IS2M, Université de Haute Alsace (chimie des photopolymères), le LEPO, CEA Saclay (optique de nano-objets, photophysique de systèmes moléculaires organisés et couplage fluorophores/NPM) et CEA-LFP (synthèse chimique des NPM et fluorescence des chromophores). L’année 1 du projet sera centrée sur l’étude de SEA basées sur les résonances dipolaires de NPM sphériques. L’année 2 verra la réalisation de SEA doublement fonctionnalisées par des photopolymères via l’utilisation des 2 résonances dipolaires de nanobâtonnets métalliques. Nous espérons observer une dépendance en polarisation de la fluorescence et en comprendre l’origine. Au cours de l’année 3, des NPM plus complexes seront testées, dans le but d’exploiter les résonances quadrupolaires de plus grosses sphères, ou de cubes, triangles,.. Forte des résultats des 3 premières années, l’année 4 sera consacrée à l’utilisation de systèmes couplés ou de systèmes présentant des singularités géométriques tels que des nanoétoiles. Pendant cette période, un possible effet « spaser » sera également analysé via l’étude de l’influence de l’intensité incidente. En cas de succès, ce point, qui fait l’objet d’un brevet impliquant 2 des partenaires du projet, constituera une percée considérable car il donnera naissance à une nouvelle classe de nanolasers aux propriétés d’émission sélectives et actionnables via la polarisation de la lumière incidente.