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Nanoparticules, fonctions diélectriques et ellipsométrie – NANODIELLIPSO

Résumé de soumission

Dans ce projet de recherche industrielle, nous nous proposons de fournir un logiciel d'analyse de données ellipsométriques capable d'extraire aussi simplement que possible les propriétés optiques effectives de matériaux composites à base de nanoparticules (NPs) et de là, remonter aux paramètres de la nanostructure. La grande variété d'applications de ces matériaux (de l'électronique à la cosmétique en passant par la photonique) est intimement liée au grand nombre de combinaisons possibles de formes et natures des nanoparticules, de leur environnement et de l'organisation des nanoparticules dans cet environnement. Le produit final de ce projet prendra en compte nombre de ces combinaisons et aura ainsi un champ d'application vaste. En particulier, la possibilité d'analyser les matériaux à permittivité et perméabilité négatives (matériaux dits "mains gauche") sera intégrée en priorité. L'objectif premier du projet est de travailler sur l'aspect permittivité, avec un objectif à plus long terme, celui de préparer l'analyse de ces matériaux, d'où la nécessité de travailler également sur une formulation de l'ellipsométrie à µr différent de 1.
Le logiciel final sera en continuité avec le logiciel commercial actuel, mais cette "mise à jour" demande un effort scientifique en profondeur. Les modèles actuels de traitements de données ellipsométriques sont basés sur des fonctions diélectriques issues de la physique et de l'optique des solides (donc propriétés en masse), sur des lois de mélanges classiques (Maxwell- Garnett, Bruggeman…) et enfin sur une perméabilité magnétique relative égale à 1. Ils ne sont pas adaptés à l'analyse des matériaux composites à base de NPs dont la réponse à une sollicitation optique est fortement dépendante de la forme de la nanoparticule, de sa nature, de sa concentration et de son environnement, en particulier dans le cas des résonances de plasmon dans les NPs métalliques. Or ce sont ces paramètres physiques "parlant" que nous souhaitons avoir comme entrée dans le logiciel de modélisation, afin de le rendre accessible à une majorité d'utilisateurs.
Nous aurons une approche à deux niveaux menés en parallèle, une approche "modèles" qui devra fournir une bibliothèque de fonctions diélectrique effective de ces matériaux et qui sera intégrée dans le code du logiciel et une approche expérimentale qui devra préparer des échantillons test pour valider les résultats du volet "modèle". Ces deux volets sont eux-mêmes à deux niveaux. Le niveau "modèle" doit en effet d'une part préparer une bibliothèque de tenseurs de polarisabilité des NPs avec pour paramètres les caractéristiques physiques (forme, taille, nature) de ces dernières, et d'autre part s'attaquer au problème de la notion de milieu effectif pour des grandes concentrations d'inclusions anisotropes et organisées ou non dans une matrice (loi courantes non applicables) et celui de la limite 2D / 3D.
Quant au niveau expérimental, il faudra d'une part synthétiser et caractériser les NPs et d'autre part préparer différentes matrices et caractériser, par des méthodes différentes de l'ellipsométrie, des échantillons dont la structure doit être parfaitement maîtrisée. Ces échantillons serviront de tests pour valider les nouveaux modèles incorporés dans le logiciel.
Pour mener à bien ce projet, nous avons réunis des compétences en ellipsométrie (HJY, UCCS-Artois), en caractérisation des et propagation dans les systèmes anisotropes (UCCS-Artois), en modélisation des propriétés physiques de NPs et plasmonique (CRPP, INSP), en synthèse de NPs (CRPP, INSP), en préparation de système auto-assemblés et auto-organisés (CRPP, INSP).

Coordination du projet

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

Aide de l'ANR 0 euros
Début et durée du projet scientifique : - 0 Mois

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