Investigation du mécanisme et de l’efficacité de chauffage photothermique dans des nanoparticules uniques – NANOHEATERS

Différents types de nanoparticules photothermiquement actives à base de fer, tels que les oxydes de fer et le bleu de Prusse seront étudiés en comparaison avec des nanoparticules métalliques plasmoniquement actives. L'incorporation de particules actives dans des matériaux à commutation de spin (SCO) qui changent de taille sous l'effet du chauffage nous permettra de quantifier la chaleur générée par ces particules actives en fonction des conditions d'irradiation laser. La mesure des dynamiques de changement de taille des nanoparticules SCO individuelles sera effectuée par microscopie électronique à transmission ultrarapide (UTEM) avec une résolution spatiotemporelle nanométrique et nanoseconde. Des particules composites (noyau photothermiquement actif dans une coque SCO) seront exposées à des impulsions laser dans le UTEM afin de déclencher et de suivre les changements de taille des SCO. En prenant comme référence des systèmes plasmoniques bien connus et bien définis, le dégagement de chaleur des nouvelles nanoparticules inorganiques à base de fer pourra ainsi être quantifié ; le cas échant, leur éventuelle supériorité sur les particules plasmoniques pourra alors être démontrée. Pour clarifier le mécanisme encore mal connu de génération de chaleur dans les particules à base de fer, des études en spectroscopie de perte d'énergie des électrons -qui permet d’identifier l’état d’oxydation du fer- seront menées avec une résolution temporelle picoseconde afin que les éventuels transferts de charge à l’œuvre ainsi que leur dynamique soient révélés. De plus, des expériences en phase liquide seront menées dans UTEM grâce à des cellules dédiées à la microscopie électronique : les particules photothermiques seront dispersées dans l'eau et la libération de chaleur pourra alors être étudiée « in operando », i.e. dans un environnnement reproduisant de façon réaliste les conditions des prométteuses applications médicales, avec une résolution nanoseconde. En particulier, l'effet Leidenfrost (couche de vapeur autour des particules chaudes) qui entrave la dissipation de chaleur pourra être visualisé pour la première fois à l'échelle nanométrique. Des expériences similaires dans la glace seront menées afin de de suivre la propagation de la chaleur par observation de la propagation du front de fusion.