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| Nanosources
exaltées pour la spectroscopie non-linéaire de
nano-objets individuels en champ proche optique |
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Afin d’aller sonder les réponses non linéaires
de molécules uniques, l’équipe ONL-cermet du
LMOV vient de s’équiper d’un microscope optique
de champ proche (dont l'acronyme anglais est SNOM pour Scanning Near-Field
Optical Microscope) couplé à un laser impulsionnel
femtoseconde (délivrant des impulsions de lumière d'une
durée de l'ordre du millionième de millionième
de seconde) et à un spectrophotomètre Raman d’une
très grande résolution spectrale. La microscopie de
champ proche optique est une technique récente qui permet
de dépasser la limite classique de diffraction (la résolution
spatiale des microscopes optiques classiques étant ainsi de
l’ordre de ?/2 où ??est la longueur d’onde avec
laquelle on illumine l’échantillon, soit entre 400 nm à 800
nm pour le visible). Le SNOM permet ainsi faire de l’imagerie
optique à l’échelle nanométrique (le nanomètre
est le millionième de millimètre).
Cette technique est fondée sur la détection
des ondes électromagnétiques évanescentes
(non propagatives) à la surface d’un échantillon,
seules ondes contenant les informations des plus fines structures
de celui-ci. Ces ondes sont détectées grâce à une
fibre optique étirée et métallisée dont
l’ouverture est de quelques dizaines de nanomètres balayant
la surface de l’échantillon à quelques nanomètres
de distance grâce à un asservissement de type AFM (Atomic
Force Microscope). On obtient alors simultanément une image
topographique et une image optique de l’échantillon
avec des résolutions latérales d’une cinquantaine
de nanomètres. Des images de fluorescence de molécule
unique ont déjà été obtenues grâce à cette
technique.
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L’idée originale du projet
de l’équipe ONL-cermet est d’utiliser des structures
métalliques semi-continues (une spécialité du
LMOV) pour exalter la réponse optique de molécules
et permettre la détection en champ proche de leur réponse
non-linéaire telle que la diffusion Raman ou la génération
de second harmonique, processus très difficiles à observer
en champ proche du fait de leur trop faible émission. Ces
structures métalliques ont des propriétés optiques
très originales. En effet, elles présentent sur certaines
zones d’une dizaine de nanomètres d’extension
spatiale des champs électromagnétiques très élevés
(voir photos) qui vont servir de nano-sources lumineuses. L’excitation
par laser pulsé (femtoseconde) permettra d’atteindre
les intensités exceptionnellement élevées qui
sont nécessaires.
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Image topographique d'une couche d'or semi-continue
obtenue en SNOM |
Ce projet, qui a reçu le soutien
du Conseil Régional d’Ile de France, permettra d’accéder à la
réponse non-linéaire d’objets uniques tels que
des molécules individuelles et même des brins d’ADN.
Ce projet de physique fondamentale s'inscrit plutôt dans le
cadre du développement d'un nouvel axe de recherche en physique
au sein de l'université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines,
dans le domaine des nanosciences/nanotechnologies qui sont aujourd'hui
au premier plan national et international en recherche fondamentale
et appliquée. Il a déjà une conséquence
au niveau de l'enseignement de la physique à l'Université puisque
cette année a été créé un module
de champ proche en maîtrise de physique où nous initions
les étudiants à cette physique moderne avec des TP
directement sur notre expérience. |
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Image optique correspondant à l'image
topographique |
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