b Nos résultats

Afin d’obtenir une exaltation de la PL des nanotubes de carbone nous avons repris les cinq échantillons dont la PL avait été caractérisée figure 2.22 et pour les-quels la distance moyenne entre les nanotubes et le substrat était différente (section 2.4.2) ; nous y avons déposé des nano-triangles d’argent résonants à 1280 nm. Ces nano-triangles sont ainsi résonants avec l’émission des nanotubes de carbone dans le proche IR : λres ∼ λ_emi. Le choix de déposer ces ntriangles n’est pas ano-din puisque c’est sur ces nanoparticules que les meilleurs résultats expérimentaux avaient été obtenus dans l’étude des propriétés de diffusion de nanoparticules (voir chapitre 1 section 1.3.2). En particulier nous sommes capables d’étudier des nano-particules uniques.

Afin de mesurer le facteur d’exaltation d’un nanotube unique, nous travaillons à puissance d’excitation constante et très faible devant la puissance de saturation. Le facteur d’exaltation tel que défini en section 2.4.1.3 qui a pour référence l’émetteur placé dans le vide n’est pas pratique à mettre en œuvre ; en fonction de la référence choisie on peut proposer d’autres expressions du facteur d’exaltation :

• La référence peut être celle de l’émetteur placé à la distance d du substrat avant le dépôt de nanoparticules métalliques ; on a alors le facteur d’exaltation EF1 qui s’exprime par :

EF1(d) = ^IPL^{avec NP}(d) Isans NP

PL (d) ^(2.55)

Où NP = nanoparticule.

• La référence peut être celle de l’émetteur placé à très grande distance d du substrat de sorte qu’il n’y ait pas de taux non radiatif dû au substrat : Γnr,2  Γnr,1. Pour nous, ceci correspond à l’échantillon présentant un espacement de d = 202, 5 nm entre nanotube et substrat (voir section 2.4.2) et avant le dépôt de nanoparticules métalliques. On a alors le facteur d’exaltation EF2

qui s’exprime par :

EF2(d) = ^IPL^{avec NP}(d) Isans NP

PL (d = +∞) ^(2.56)

Où NP = nanoparticule.

À notre sens la première définition EF1 n’est pas très pertinente puisqu’elle permet d’obtenir des facteurs d’exaltations artificiellement élevés en jouant sur la référence. En effet d’après la section 2.4.2 nous avons vu que la PL est fortement atténuée pour

les distances inférieures à la dizaine de nanomètres ; dès lors si la référence est atté-nuée d’un facteur 10 par rapport au cas de la référence avec d = 202, 5 nm, obtenir une exaltation de EF1 = 10 par rapport à cette référence n’est pas très pertinent puisqu’il suffirait de placer le nanotube à une distance plus élevé pour obtenir la même intensité de PL sans même utiliser de nanoparticules. Par exemple obtenir une exaltation de EF1(4, 5 nm) = 100 reviendrait à obtenir un facteur d’exaltation de EF2(4, 5 nm) ' 1 puisque l’on a : EF2 = EF1× ^I sans NP PL (d) Isans NP PL (d = +∞) ^(2.57)

Et que l’on a Isans NP

PL (d)

Isans NP

PL (d=+∞) ' 1

100 pour d = 4, 5 nm (section 2.4.2 figure 2.22). Nous décidons donc d’utiliser seulement la deuxième définition EF2 qui prend pour référence Isans NP

PL (d = +∞) ; cette référence ne dépendant pas de la distance d nous semble plus pertinente et honnête.

Un des objectifs de cette étude sur l’exaltation était de quantifier l’influence de la distance substrat-nanotube, c’est-à-dire que l’on souhaitait tracer EF2 en fonction de la distance d. Cependant une telle étude s’est avéré irréalisable pour plusieurs raisons :

• Nous n’avions pas la capacité de retrouver les mêmes nanotubes que ceux étudiés avant le dépôt de nanoparticules métalliques ; de plus, même si nous en avions été capables, l’exaltation de la PL dépend d’un grand nombre de paramètres que nous ne contrôlons pas (voir ci-dessous). Ainsi pour obtenir un facteur d’exaltation moyen pour un échantillon il nous fallait mesurer pour chacun des cinq échantillons un grand nombre de nanotubes afin d’évaluer une intensité de PL après le dépôt de nanoparticules et ainsi obtenir une moyenne de Iavec NP

PL (d) puis EF2(d). L’exaltation pouvant dépendre de l’orientation de la nanoparticule, de l’orientation du nanotube, de la distance nanotube-substrat, de la distance nanotube-nanoparticule, de la longueur d’onde de résonance de la nanoparticule, du nombre de nanoparticules, (etc) on peut imaginer qu’il faudrait au minimum une centaine de mesures afin de pouvoir être quantitatif. À titre d’exemple, dans l’étude de Sakashita et al [300] (déjà évoqué en section 2.4.2.2), la valeur de l’exaltation est obtenue après avoir mesuré la PL de 100 nanotubes de carbone uniques ; ainsi sachant que dans leur système il n’y a pas de dépôt de nanoparticules on peut imaginer que pour obtenir une valeur similaire de facteur d’exaltation dans notre cas il faudrait au moins autant de mesures.

• De plus, on rappelle que les nanotubes et les nanoparticules de par leurs méthodes de dépôts (section 2.2.2) sont tout deux distribués aléatoirement. De plus, les densités de nanotubes et de nanoparticules sont telles que l’on puisse étudier des nanotubes uniques et des petits nombres d’antennes (en pratique pour les nanoparticules, une densité convenable est de 10 nanopar-ticules dans un carré de 50 µm de côté). Ainsi, ces distributions aléatoires à

faibles densités font qu’il n’est pas aisé de trouver un nanotube de carbone unique couplé à un unique nano-triangle afin de mesurer une exaltation de la PL. Ainsi, obtenir une centaine de spectres de PL pour chacun des cinq échantillons était irréalisable avec notre dispositif.

• Enfin, il s’est avéré que pour des puissances d’excitations raisonnables (très inférieures à la saturation) il y avait une "destruction" du signal de PL sur une durée assez courte de l’ordre de la minute. Cela est probablement dû à un échauffement local de la nanoparticule dû à une forte exaltation du champ électromagnétique [318–322], cet échauffement peut entrainer un décalage de la résonance plasmonique ce qui fait perdre l’exaltation.

Finalement, de par le système actuel de mesure et le contrôle dont nous disposons dans la réalisation de la cavité plasmonique, obtenir EF2 en fonction de la distance dn’a pas été possible. Cela aurait pourtant eu un intérêt particulier puisque d’après l’étude présentée section 2.4.2.2 nous pouvons imaginer que l’exaltation caracté-risée par EF2(d) passe par un maximum pour une certaine distance d. La valeur optimale de d n’a rien d’évident et semble dépendre fortement du système étudiée (voir section 2.4.2.2) ; l’ordre de grandeur semble cependant être la dizaine de nano-mètres [300,309].

À défaut d’une courbe EF2(d), nous présentons figure 2.24 l’une des meilleures (et l’une des rares) exaltations obtenues pour l’échantillon caractérisé par d = 22, 5 nm. On remarque que l’intensité de PL dans la cavité plasmonique est fortement aug-mentée par rapport au cas du nanotube placé à très grande distance du substrat (d = 202, 5 nm). Le facteur d’exaltation est évalué à EF2 '50 ± 5. Malgré nos ef-forts nous n’avons que très rarement obtenu de telles exaltations et surtout de telles exaltations se révèlent rapidement dégradées au cours du temps (même en baissant fortement la puissance du laser excitateur).

En conclusion de cette partie, nous pouvons dire que nous sommes arrivés à mesurer l’exaltation de la PL de quelques nanotubes de carbone grâce à une structure de type antenne patch. Les antennes plasmoniques semblent donc être une bonne méthode pour améliorer la PL des nanotubes de carbone même si des problématiques (comme celle de l’échauffement local d’une nanoparticule) restent à étudier afin d’obtenir une exaltation stable dans le temps.

Enfin, on peut tout de même dire que les résultats obtenus sur l’exaltation de la PL des nanotubes de carbone ont été en deçà de nos espérances. Cela est dû à la complexité du système dans son ensemble (nous manquions trop de contrôle sur les nombreux paramètres caractérisant le système) qui de par nos techniques actuelles nous a empêché d’être plus quantitatif.