Comparaison entre imagerie visible, carte de photolumines-

Pour résumer, nous disposons d’un dispositif expérimental permettant de réali-ser :

– de l’imagerie visible de la surface de l’échantillon,

– des cartes de photoluminescence à intensité intégrée ou à une longueur d’onde donnée,

– des cartes de réflectivité.

Nous allons présenter dans ce paragraphe la comparaison entre ces trois cartes et montrer qu’il est possible de corréler les informations issues de ces différents moyens de mesure.

La Fig. 3.31 montre un exemple de comparaison dans une zone où on visualise une ligne de gélatine contenant des nanotubes de carbone déposés sur un substrat de verre. La figure principale montre une zone d’environ 50 µm de côté sur laquelle on distingue clairement la ligne oblique sombre de gélatine, d’une épaisseur de l’ordre du micron. Le halo noir est la pupille du microscope, et le point blanc est le spot laser qui sert ici de repère spatial pour la comparaison imagerie/photoluminescence. La zone explorée lors de la réalisation de la carte de photoluminescence est la zone tiretée qui encadre le spot laser, où l’on observe la ligne de gélatine se scinder en deux lignes obliques. Un zoom sur cette zone est présenté en haut à droite de la fi-gure principale, juxtaposée à la carte de photoluminescence de cette même zone. Sur

cette carte de photoluminescence à intensité intégrée, on observe une ligne oblique correspondant à un signal de luminescence sur un fond sans signal. L’intensité des bordures de cette ligne oblique est supérieure à l’intensité en son centre, et reproduit clairement la forme scindée de la trace de gélatine. Le spot laser sur l’imagerie visible est indiqué par la croix sur la carte de photoluminescence.

On remarque sur la carte de photoluminescence de la Fig. 3.31 que le fond aug-mente de haut en bas. Ceci est dû à la variation de température de la barrette InGaAs du spectromètre sur l’intervalle de temps nécessaire à la réalisation de la carte, c’est-à-dire 30 secondes par pixel soit 3 heures et 42 minutes pour la carte. En effet, la procédure de soustraction du bruit électronique consiste à soustraire un spectre de référence enregistré une seule fois en début d’acquisition. Une variation de température de la barrette InGaAs modifie le bruit électronique au cours de l’acqui-sition et induit une variation du fond. On observe ainsi sur cette carte l’oscillation de la température de la barrette InGaAs du spectromètre à l’échelle de l’heure.

Figure 3.31 – Corrélation entre l’imagerie en lampe blanche (à gauche) et la carte

de PL (à droite) d’une ligne de gélatine contenant des nanotube de carbone déposés sur un substrat de verre. L’échelle spatiale est respectée entre la carte de PL et l’imagerie. L’échelle d’intensité de la carte de PL est arbitraire. Le point blanc sur l’image en lampe blanche est le spot laser, dont la position équivalente est repérée sur la carte de PL par la croix jaune.

Pour comparer réflectivité, photoluminescence et imagerie visible, nous présen-tons sur la Fig. 3.32 le cas d’un réseau de plots d’or sur lequel est dispersé aléatoi-rement de la gélatine contenant des nanotubes de carbone.

En imagerie visible (Fig. 3.32(a)) on observe le réseau de plots d’or et le spot laser qui encore une fois sert de repère. Les taches noires apparaissant au premier plan de cette image proviennent de poussières sur la CCD silicium. Le rectangle blanc en bas à gauche est l’image parasite de la lampe blanche d’illumination. Cette réflexion, qui n’était pas observée sur la Fig. 3.31, fait suite au remplacement des lentilles AC254-100-A-ML du dispositif présenté sur la Fig. 3.29, par des lentilles AC254-100-C-ML traitées anti-reflets dans l’infra-rouge. Le revêtement anti-reflet

Figure 3.32 – Corrélation entre l’imagerie en lampe blanche a), la carte de réflec-tivité b) et la carte de PL c) d’un réseau d’antenne sur lequel sont dispersés des nanotubes de carbones en gélatine. Le point blanc sur l’image en lampe blanche est le spot laser, dont la position équivalente est repérée sur la carte de PL par la croix jaune.

permet de minimiser les pertes par réflexion du signal de photoluminescence dans l’infra-rouge. En contre-partie, la réflexion des lasers visibles et de la lampe blanche est accrue. Notons que la réflexion du laser d’excitation n’impacte pas la qualité des spectres de luminescence puisque le miroir dichroïque est un filtre passe haut avec une coupure à 1000 nm.

Enfin, remarquons qu’à ces épaisseurs de gélatine (de l’ordre de la dizaine de nano-mètres) il est difficile de déterminer la présence de nanotubes par imagerie visible. On observe une zone faiblement sombre en dessous de la position repérée par le spot laser qui pourrait être associée à une faible quantité de gélatine.

Sur la carte de réflectivité (Fig. 3.32(b)), on distingue globalement le réseau de plots d’or en noir. Cependant les plots d’or ne sont pas individuellement résolus. D’une part ces plots d’or d’environ 500 nm de diamètre sont plus petits que la taille du spot laser (1 µm de diamètre), ce qui indique que la limite de résolution est atteinte (avec le protocole de mesure de la réflectivité utilisant la photo-diode). D’autre part, on distingue une contribution supplémentaire (pixels clairs) dans la partie basse de la carte de réflectivité, qui brouille la réflectivité du réseau. On peut émettre l’hypothèse de la présence, dans cette zone inférieure, de gélatine dont on observe la réflectivité.

La carte de photoluminescence à intensité intégrée (3.32(c)) affiche un signal uniquement dans la partie inférieure. Ceci indique la présence de nanotubes dans cette zone étudiée, et valide les hypothèses effectuées lors de l’analyse de l’imagerie et de la réflectivité. Aucune trace du réseau de plots d’or n’apparaît sur la carte de photoluminescence.

De manière générale, la comparaison entre ces trois images permet une caracté-risation des objets que nous observons.

L’utilisation de l’imagerie visible est limitée dans le sens où elle ne permettra pas de repérer des objets très petits tels que des nanotubes uniques. Cependant elle est un moyen efficace de repérer les amas de nanotubes et les antennes plasmoniques

(en or) de dimension caractéristique supérieure à 100 nm. Elle permet également de sélectionner rapidement une zone de mesure.

Ensuite, la carte de photoluminescence permet de déterminer les propriétés spec-trales des objets étudiés. Cependant, à cause d’un léger manque de stabilité méca-nique8, la corrélation entre l’imagerie visible et la carte de photoluminescence à la centaine de nanomètres près n’est pas toujours évidente, puisque ces mesures sont espacées dans le temps. La Fig. 3.33 montre un exemple de cette dérive mécanique observée sur la carte de réflectivité de trois antennes alignées verticalement, qui apparaissent sombres. La ligne pointillée blanche passe par le centre des antennes et représente un guide pour l’oeil afin de visualiser aisément la dérive mécanique. L’amplitude de cette dernière est ici d’environ 100 nm par heure.

La dérive la plus importante observée au cours de nos nombreuses études a été de

Figure3.33 – Carte de réflectivité de trois antennes alignées verticalement. La ligne pointillée blanche est un guide pour l’oeil et passe par le centre des antennes. Une dérive mécanique de 100 nm par heure est observée.

2 µm par heure environ. Elle est inférieure au demi-micron par heure en général et elle est quasiment supprimée si l’échantillon est fixé au porte-échantillon.

La simultanéité des mesures de réflectivité et de photoluminescence permet la com-paraison directe de leur carte, pixel à pixel, que la dérive soit importante ou non.