Métasurfaces colloïdale actives – CODENAME

De nombreuses molécules d’intérêts, telles que l'ADN et les protéines, ne présentent aucune absorption dans le domaine visible, mais elles ont une forte absorption et des indices de réfraction élevés dans le domaine UV. L'un des principaux objectifs de la plasmonique dans l'UV est de détecter l'adsorption de ces molécules sur une nanostructure métallique, avec une plus grande sensibilité que celle obtenue dans le domaine du visible. Les études dans la littérature sont encore limitées aux nanoparticules (NPs) isolées et dans le spectre visible. Il est prometteur d'assembler les NP, ce qui aura pour effet de déplacer la résonance plasmonique, de changer leurs modes de vibration et d'améliorer leur sensibilité. Dans ce projet, nous concevrons des métasurfaces actives colloïdales à partir de bâtonnets plasmonique, dans lesquelles la distance entre les NPs pourra être ajustée de façon à moduler la variation temporelle et spectrale de la réponse optique dans l’UV. Ce projet constitue une étape importante vers le développement de capteurs ultrarapides dans l’UV.
L'irradiation de NPs plasmoniques avec des impulsions laser ultra-courtes produit une série de phénomènes transitoires, telles qu’une dynamique ultra-rapide des modes plasmons (LSPR) ainsi que des modes acoustiques. Il a été proposé d'utiliser les NPs de métaux nobles comme nanobalances en exploitant le changement de leurs fréquences de mode de vibration suite à l’adsorption de molécules. Dans des travaux préliminaires, nous avons récemment montré que des bâtonnets d'or bimétalliques recouverts d'argent (AuNR@Ag) sont prometteurs pour la détection LSPR ainsi que comme nanobalances dans la région proche de l'UV. Dans le projet CODENAME, les NPs seront assemblées en métasurfaces, dans lesquelles les modes transverses pourraient être sélectivement excités. Nous nous attendons à ce que les métasurfaces soit encore plus sensible que les NPs dispersées en raison du couplage plasmonique et des modes acoustiques collectifs.
Les forces de déplétion peuvent induire l'auto-assemblage d'AuNR@Ag en utilisant des micelles de surfactants comme déplétant. L'auto-assemblage induit par déplétion a été utilisé pour séparer des NP plasmoniques de différentes formes, mais très peu pour sa capacité à façonner des matériaux reconfigurables. Les bâtonnets s'empileront côte-à-côte en raison de l'anisotropie de forme, ce qui entraînera un décalage spectral des modes plasmons et des superstructures orientées. Nous contrôlerons la distance entre les NPs in situ en variant l'interaction de déplétion par le biais de la température et de la concentration en surfactant. Un développement méthodologique sera mis en œuvre pour les études in situ (puce microfluidique et lévitation acoustique). Les propriétés des métasurfaces (structure, réponse optique ultrarapide) seront étudiées par différentes techniques, notamment la diffusion synchrotron des rayons X in situ et la spectroscopie optique transitoire.
Nous nous attendons à moduler la réponse temporelle et spectrale dans le proche UV en ajustant le couplage plasmonique dans la métasurface. Les pointes des bâtonnets seront plus accessibles que les côtés en raison de l'empilement latéral, ce qui permettra une fonctionnalisation sélective des pointes. En augmentant l'interdistance des NPs in situ, les molécules pourront s'intercaler entre les NPs dans la métasurface et l'on s'attend à une modification notable des modes transverses. En effet, les molécules intercalées agiront comme des nano-ressorts entre les NPs affectant les fréquences des modes collectifs, ce qui permettra une détection plus sensible que celle obtenue avec des NPs isolées. L'objectif ultime est de concevoir des capteurs plasmoniques dans la région spectrale de l'UV, qui pourraient détecter l’environnement de NPs par une double lecture optique, basée sur les décalages de fréquence des vibrations plasmoniques et acoustiques.