Détection ultrasensible en champ proche : empreinte moléculaire renforcée par des polaritons – UltraSNOM

Dans le domaine des méthodes analytiques, il existe une forte demande d'amélioration pour une plus grande sensibilité, une plus grande sélectivité et des méthodes moins coûteuses afin de mieux servir la société. De tels développements doivent commencer par une meilleure compréhension des processus de base, des changements techniques fondamentaux ou l'exploitation de nouveaux matériaux.

Le projet UltraSNOM développera et étudiera une nouvelle modalité d'analyse chimique nanophotonique pour atteindre une sensibilité de détection ultra élevée. Nous intégrerons une technique émergente de spectromicroscopie d'empreintes chimiques basée sur l'AFM, la microscopie optique à balayage en champ proche (sSNOM), avec des dispositifs en graphène. Dans nos expériences, la pointe AFM de l'instrument sSNOM couplera la lumière dans le champ proche aux dispositifs en graphène, contenant également une quantité infime d'analyte. Ainsi, la résolution spatiale de notre technique atteindra une résolution latérale de vingt nanomètres, ce qui se traduit par des volumes sondés extrêmement petits. Grâce au couplage entre les polaritons plasmoniques du graphène et les vibrations moléculaires de l'analyte, nous serons en mesure d'atteindre une sensibilité de détection ultra élevée.

Nos expériences s'étendront du térahertz à l'infrarouge lointain, qui sont pertinents pour les empreintes chimiques, sur deux lignes de lumière synchrotron en Allemagne et en France, car les sources de lumière utilisées en laboratoire ne peuvent pas fournir une lumière d'une intensité suffisamment élevée. Pour obtenir le meilleur couplage et la meilleure détection possibles, nous modéliserons, caractériserons et optimiserons les pointes AFM et utiliserons la détection thermoélectrique dans le térahertz, où d'autres types de détecteurs font défaut.

La détection comprimée améliorera le rapport signal/bruit des mesures car moins de temps sera nécessaire pour accumuler un seul spectre.