Les structures étudiées durant mes travaux de thèse ont été réalisées par Julien Laverdant, à l’Institut Lumière et Matière de Lyon grâce à un faisceau d’ions focalisé (FIB : Focused Ion Beam), la technique la plus répandue dans la littérature [16]. Son principe est très simple : un faisceau d’ions (Ga+, Ge+, In+, Au+ [17]) est envoyé directement sur la couche métallique. La collision des ions provoque l’éjection des atomes de la couche tout en creusant la structure. La nano-gravure du motif se fait l’un après l’autre, comme le montre la figure (3.13). Ce qui explique pourquoi les structures obtenues par cette technique sont étalées sur une faible surface
qui ne dépasse guère quelques µm2. Ce mode de fabrication est utilisé pour créer un
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FIGURE 3.14 : Images de la structure 1 obtenues avec un microscope électronique à balayage, des structures réalisées à l’institut lumière matière ILM par gravure ionique avec les paramètres suivants : diamètre des trous de 150 nm, période de 280 nm. a) Vue des réseaux de trous dans un film d’or. b) vue de la matrice complète et c) zoom en mettant en évidence les dimensions de la structure.
FIGURE 3.15 : Images de la structure 2 obtenues avec un microscope électronique à balayage, des structures réalisées à l’institut lumière matière ILM par gravure ionique avec les paramètres suivants : diamètre des trous de 150 nm, période de 425 nm. a) Vue des réseaux de trous dans un film d’or. b) vue de la matrice complète et c) zoom en mettant en évidence les dimensions de la structure.
La caractérisation morphologique des nanostructures peut également se faire en utilisant le SNOM, comme le montre la figure (3.16). On a pris un exemple de la structure 1. La coupe confirme la régularité des trous en taille et en forme et montre que leur profondeur est de l’ordre de 50 nm.
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103 On voit distinctement sur ces images que le champ se concentre dans les trous pour une longueur d’onde de 488 nm ne correspondant pas à une résonance plasmon alors que pour une longueur d’onde de 647 nm, même si la qualité des images optiques obtenues n’est pas parfaite, on voit clairement que le centre du trou est sombre. Pour des longueurs d’onde correspondant à la résonance plasmon, le champ se concentre autour du trou.
III. Mesures de durées de vie sur les réseaux de trous
Dans ce paragraphe nous présentons les mesures de durées de vie effectuées sur les trois réseaux cités précédemment, à savoir des trous de diamètre 150 nm et trois périodes différentes, 280 nm (structure 1), 425 nm (structure 2) et 470 nm (structure 3). La démarche expérimentale est celle décrite au début de ce chapitre. Dans un premier temps, le NC est accroché en bout de pointe par la méthode décrite au chapitre 2. Sa durée de vie est mesurée après accroche et sera prise comme référence pour les mesures de facteur de Purcell. Le bruit de la fibre est systématiquement mesuré de manière à en tenir compte dans tous les ajustements de durée de vie. Deux mesures de facteur de Purcell sont réalisées sur la partie or continu à une altitude de référence 0 et une seconde à une altitude de -30 nm, de manière à calibrer l’altitude par rapport à la surface. Il est évident que dans l’absolu plusieurs mesures seraient nécessaires mais le NC ne résistant pas à plus d’une dizaine de mesures sur or, cela n’est pas possible. Une fois ces deux mesures faites, nous réalisons une image topographique du réseau. Il faut noter que durant l’acquisition de cette image, le NC n’est pas éclairé, dans le but de le préserver. Il est alors possible de positionner la pointe à l’endroit et l’altitude où l’on souhaite faire la mesure de la durée de vie.
La configuration optique correspond à celle décrite chapitre 2 et illustrée sur la figure (2.24). Le NC est éclairé par transmission à travers le réseau par la diode laser et sa fluorescence est collectée par la fibre optique.
Comme nous l’avons dit précédemment, la durée de vie du NC dépend de la LDOS sur le réseau de trou. Cette LDOS varie fortement suivant la longueur d’onde considérée. A la longueur d’onde d’émission du NC, elle doit être différente pour les trois réseaux que nous considérons. Nous avons donc réalisé des mesures de durée de vie du NC en différentes positions sur le réseau pour les différents réseaux.
Ne possédant pas les compétences dans l’équipe pour réaliser des calculs numériques de LDOS sur les réseaux, nous avons utilisé les simulations FDTD permettant de cartographier le champ
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104 électromagnétique en champ proche pour analyser nos résultats de taux d’émission du NC sur la structure. Comme pour les simulations présentées précédemment, le réseau est éclairé pas une onde plane mais, cette fois-ci, nous analysons l’intensité du champ électromagnétique en réflexion pour être plus proche de la configuration expérimentale. Pour tenir compte des mesures de durée de vie qui seront réalisées à différentes altitudes sur le réseau, les simulations donnent les résultats de la répartition du champ pour différentes hauteurs sur la surface. Les premières simulations que nous allons présenter montrent la répartition de l’intensité du champ électromagnétique en champ proche. Cependant, nous devons tenir compte du fait que le NC peut être assimilé à deux dipôles dégénérés perpendiculaires à l’axe cristallographique « c ». Suivant l’orientation du NC en bout de pointe, le couplage faisant intervenir le produit scalaire du moment dipolaire et du champ électrique, les composantes du champ électrique Ex
et Ey dans le plan (xy) de l’échantillon ou les composantes Ez perpendiculaires au plan seront plus ou moins importantes lors du couplage. En effet, dans le cas d’un axe « c » perpendiculaire à la surface, les deux dipôles se trouvent dans le plan (xy) de la surface et le couplage dépendra donc des champs Ex et Ey. Par contre, dans le cas d’un axe « c » parallèle à la surface, il y a un dipôle suivant z et un autre dans le plan de la surface, les composantes du champ parallèle à la surface ou perpendiculaire ont le même poids. Dans la plupart des situations intermédiaires toutes les composantes jouent un rôle avec un poids plus ou moins grand.
Il est donc aussi intéressant de comparer les répartitions des composantes Ex, Ey et Ez du champ dans les simulations. Il est évidemment très difficile de connaître l’orientation du NC en bout de pointe et encore plus de la définir a priori. Mais en les comparant directement à ces simulations, nous verrons s’il est possible de tirer une tendance dans le comportement.
Nous allons présenter les résultats obtenus pour les trois types de réseaux pour chacun dans un premier temps les simulations FDTD et ensuite les résultats de durées de vie.