Fabrication et optimisation de résonateurs optiques par auto-assemblage en émulsion pour l’élaboration de métasurfaces

Le contrôle d'assemblages colloïdaux complexes peut mener à la fabrication de nano-objets possédant des propriétés de résonance optique spécifiques et originales, pouvant être utilisées pour contrôler la propagation de la lumière. Cette thèse vise ainsi à fabriquer et optimiser des nano-résonateurs optiques plasmoniques pour les utiliser comme briques de base de métasurfaces de Huygens, efficaces dans le domaine du visible pour diffuser la lumière de manière directionnelle. Ces résonateurs sont des assemblages denses de nanoparticules d’argent, appelés clusters. Leur production repose sur la formulation puis le séchage d’une émulsion, dont les gouttes confinent l’auto-assemblage des nanoparticules et permettent l’obtention de clusters finaux de géométrie et de structure contrôlées. Cette dernière dépend de plusieurs paramètres, dont le principal est la nature et la longueur du ligand des nanoparticules. Les clusters synthétisés sont caractérisés à l’aide de plusieurs techniques, permettant de déterminer leur taille, leur forme, la qualité de leur assemblage et leur densité en argent. Une étude optique de ces résonateurs permet de déterminer leurs propriétés d’interaction avec la lumière. Les résultats montrent la présence d’une réponse dipolaire magnétique forte, dont l’amplitude et la longueur d’onde sont similaires à celles de la réponse dipolaire électrique des résonateurs. Ceci leur permet de diffuser la lumière de façon directionnelle, vers l’avant, et donc d’agir comme des résonateurs de Huygens. De ce fait, des dépôts de clusters d’argent ont été élaborés au cours de cette thèse, dans le but d’obtenir des métasurfaces de Huygens, selon deux stratégies principales : la synthèse d’une dispersion de clusters puis son dépôt sur un substrat ; la synthèse et le dépôt simultanés des clusters sur un substrat. Cette dernière stratégie, impliquant le dépôt puis le séchage sur un substrat d’une émulsion contenant dans ses gouttes une suspension de nanoparticules d’argent, a permis d’obtenir des surfaces finales homogènes et densément recouvertes de clusters de Huygens. Leur étude optique a démontré qu’elles interagissent de manière intense et résonante avec la lumière incidente.