Microscopie de photoémission d'électrons, un outil pour la plasmonique – PEEMPlasmon

La miniaturisation des composants optiques se heurte à la barrière de la diffraction limite, à savoir l’impossibilité de confiner la lumière sur une distance significativement plus courte que sa longueur d’onde naturelle. Un plasmon polariton est une fluctuation cohérente de charges électroniques confinée à l’interface entre un métal et un diélectrique. Ces plasmons polaritons de surface offrent l’opportunité unique de miniaturiser un composant optique sur une échelle spatiale de l’ordre de la dizaine de nanomètres. Un défi majeur de la plasmonique est le développement de techniques de cartographie du champ proche optique aux échelles nanométriques. Actuellement, la méthode de cartographie usuellement mise en jeu est la microscopie optique en champ proche à balayage de sonde SNOM (scanning near field optical microscopy). Celle-ci autorise des résolutions spatiales de l’ordre de 50 nanomètres, toutefois la mesure procède par insertion d’une pointe sonde dans l’espace de mesure avec pour conséquence immédiate de fortes perturbations liées au couplage pointe sonde / objet d’étude. L’originalité du projet PEEMPlasmon tient à la mise en oeuvre de la microscopie de photoémission d’électrons (photoemission electron microscopy PEEM) pour la cartographie du champ proche optique. En effet, la présence de plasmons de surface exacerbe les processus de photoémission. La collection des électrons photoémis donne accès à la distribution bidimensionnelle du champ électromagnétique au voisinage immédiat d’objets métalliques (réservoir d’électrons). Cette microscopie fait appel à des concepts d’optique électronique standards et ne procède pas par intrusion d’une pointe sonde dans l’espace de mesure. Cette approche donne accès à des images spectrométriques plein champ, d’une résolution spatiale usuelle de l’ordre de 20 nm, voire 3 nm sur les instruments bénéficiant de correction des aberrations. Le projet PEEMPlasmon est un projet collaboratif de recherche fondamentale dédié à la plasmonique. Les développements actuels relèvent de démarches fondamentales visant à valider des concepts essentiels aux applications ciblées, telles que les technologies de l’information, les biotechnologies... Notre effort portera sur l’étude de systèmes hautement résonnants et leurs couplages avec des sources quantiques individuelles. La microscopie PEEM offre une combinaison de résolutions spatiale et spectrométrique unique pour l’étude quantitative de questions clefs de la plasmonique : assemblages de nanoparticules métalliques, nanoantennes, microcavités plasmon et plasmons localisés sur des films métalliques rugueux.