3.4 Caractérisation locale d’exaltation de champ
3.4.2 Caractérisation simultanée de nano-objets en topographie et en
Le mode d’excitation que nous avons sélectionné est l’absorption à deux photons au moyen d’une excitation laser en mode pulsé (Tsunami Spectra Physics Inc.) délivrant un pulse de 100 fs avec une fréquence de répétition de 80 MHz et accordable dans la gamme 740 nm à 950 nm. Le faisceau laser est focalisé au moyen d’un objectif de microscope inversé (Olympus x100, NA = 1,3). Le montage expérimental sera présenté ci-dessous.
Dans cette partie, la photoluminescence est utilisée pour sonder les propriétés op- tiques des nanofils. A l’origine, ce processus est utilisé pour étudier la recombinaison des porteurs de charges dans des métaux ou des semi-conducteurs [147]. Dans la lit- térature, des études sur des films de métaux lisses et rugueux [148] ou bien sur des nanoparticules et des nanopointes [149] utilisant la luminescence à deux photons (TPL pour Two-Photon Luminescence) ont été menées. L’origine de la luminescence de l’or est encore d’aujourd’hui l’objet de nombreux débats. L’intensité de TPL évolue quadra- tiquement avec la puissance incidente et est particulièremet bien adaptée pour sonder les exaltations de champ électromagnétique car l’intensité de luminescence à deux pho- tons est liée à la LDOS, comme l’a montré l’équipe de E. Dujardin [150]. Dans cet article, les auteurs montrent que la cartographie du signal TPL obtenue à la surface de nanoplates correspond à la convolution de l’EM-LDOS pour ces nanoplates par le faisceau laser d’excitation.
Afin de pouvoir corréler géométrie des objets et propriétés plasmoniques, un banc original a été mis en œuvre au laboratoire de façon à permettre l’acquisition simul-
expérimental comporte alors deux sondes :
– une première sonde que constitue la pointe AFM (dont la résolution latérale est donnée par la finesse de la pointe, typiquement < 10 nm),
– une seconde sonde qui correspond au faisceau laser (dont la résolution est donnée par la taille du spot au point focal qui est à 300-400 nm, limitée par la limite de diffraction)
Ces deux sondes sont couplées sur un montage de microscope inversé comme le montre la figure 3.38. La particularité de notre système est qu’il comprend deux céra- miques piézoélectriques (une sur le support de pointe et une autre sur la platine qui porte l’échantillon). Ainsi, la pointe AFM peut être balayée au-dessus d’un échantillon fixe et vice versa, l’échantillon peut être balayé en-dessous d’une pointe fixe. Il est aussi possible d’ajuster finement la position de la pointe par rapport à celle de l’échantillon et celle de l’échantillon par rapport à celle de la pointe.
Figure 3.38: Couplage du laser femtoseconde avec la tête AFM (JPK NanoWizard III) à travers un microscope inversé (Olympus IX 71). 2 sondes sont mises en jeu : la pointe AFM (appelée " sonde 1 " dont la résolution est liée à la taille de l’apex de la pointe < 10 nm) et le spot du laser focalisé (désigné par " sonde 2 " dont la résolution est donnée par le waist du faisceau (300-400 nm)). L’objectif qui sert à l’excitation optique permet aussi la collection du signal de luminescence à deux photons.
Afin de corréler mesure topographique et mesure optique, il est nécessaire d’aligner ces deux sondes pour être certain de sonder la même zone. Pour cela, nous utilisons un
échantillon recouvert de nanobilles fluorescentes de latex déposées à partir d’une solu- tion. Il se forme des craquelures bien caractéristiques au niveau du front de séchage, une fois le solvant évaporé, celles-ci sont facilement repérables par topographie et par me- sure optique (comme montré sur la figure 3.39). En jouant sur la cellule piézoélectrique de la pointe, il possible d’accéder à l’alignement pointe AFM - laser.
Figure 3.39: Utilisation de billes fluorescentes de 100 nm pour l’alignement pointe- laser. (gauche) Image en topographie de billes fluorescentes. (droite) Image corrélée en photon de l’émission de ces billes. On remarque des craquelures caractéristiques qui permettent de s’aligner facilement.
Le montage expérimental optique est assez similaire à celui du banc de Nano-
EFISHG présenté au chapitre 2. Le réglage de la puissance et de la polarisation et
son couplage au statif se font de manière analogue. Le faisceau pénètre dans le micro- scope et est réfléchi par un filtre dichroïque à 45◦ avant d’être focalisé par un objectif (X100 NA = 1,3). Le signal émis par l’échantillon est collecté par ce même objectif. La zone de détection est limitée : elle correspond au champ de vue de l’objectif et comprend la zone d’excitation. La fraction du signal collectée dépend fortement de l’ouverture nu- mérique. Le signal est alors envoyé vers une chaîne de détection qui est composée de deux voies :
– la première voie est composée d’un CPM (Channel plate multiplier ) fonctionnant en mode compteur de photons (Perkin Elmer MP-993-CL). Elle donne le nombre de photons détectés par seconde, intégré sur toutes les longueurs d’onde,
– la seconde voie est composé d’un spectromètre couplé à une caméra CCD (Andor DU401-BR-DD) pour une étude de la répartition spectrale du signal détecté. L’excitation laser est filtrée en amont des détecteurs par des filtres dichroïques internes au statif et par des filtres supplémentaires (SemRock Razor Edge 785, Stopline 785 and 808, FF735 and FF-01-750).
Des études de TPL sur des nano-objets ont été menées par Horneber et al. [151] et
une attention particulière pour les nanofils se manifeste dans la littérature [152], [153], [154], [155], [156] (pour ne citer qu’eux), pour leurs propriétés optiques intéressantes présentées précédem-
ment. Nos études apportent en plus la corrélation de ce signal TPL d’un nanofil unique avec la morphologie de ce même nanofil. Au-delà de l’influence de la géométrie des fils,
nous avons essayé d’identifier les différentes origines possibles des effets d’exaltation de champ. Nous avons enfin essayé d’approfondir l’influence de la cristallinité des nanofils sur le signal optique émis, d’où le choix d’utiliser soit des fils colloïdaux, soit des fils lithographiés.