Institut des
NanoSciences de Paris
insp
insp
4.jpg

Soutenance de thèse de Clotilde Lethiec - 26 juin 2014

Equipe Nanostructures et optique
Jeudi 26 juin 2014 à 14 h - Amphithéâtre Durand, Bâtiment Esclangon - Université Pierre et Marie Curie-Paris VI, 4 place Jussieu 75005 Paris

« Emission polarisée de nanoémetteurs ; excitation de plasmons sur une surface métallique »

Résumé
L’optimisation du couplage lumière-matière requiert la connaissance de l’orientation du dipôle émetteur associé à la source de photons, ainsi que de la distribution de champ électrique du mode excité. Afin de maximiser le couplage entre des émetteurs fluorescents et des nanostructures, nous avons établi une méthode qui permet de déterminer l’orientation 3D d’un dipôle d’émission. Les calculs en champ électrique, associés à une analyse en polarisation, constituent une modélisation complète, pouvant être généralisée à diverses situations expérimentales. Nous appliquons ensuite la méthode proposée à des nanocristaux colloïdaux de CdSe/CdS et CdSe/ZnS sphériques, ainsi qu’à des nanobâtonnets de CdSe/CdS. Nous avons ainsi déterminé, par une analyse en polarisation, l’orientation complète d’un dipôle émetteur individuel. Nous avons ensuite étudié le couplage de la lumière à des plasmons grâce à des réseaux périodiques métallisés. Des mesures de réflectivité spéculaire ont mis en évidence un couplage efficace de la lumière incidente à des plasmons de surface sur une large gamme de longueurs d’onde. Des mesures de microscopie électronique par photo-émission (PEEM), basées sur la collection d’électrons photo-émis à la surface du métal, ont permis d ?étudier le couplage de la lumière aux modes plasmons, avec une haute résolution spatiale (25 nm). L’excitation de l’échantillon par un laser, dont on peut faire varier la longueur d ?onde et la polarisation, fournit une cartographie de la distribution du champ à la surface. Les échantillons étudiés ont mis en évidence différentes signatures de couplage du faisceau incident aux modes de surface (franges d’interférences, points chauds).

Abstract
The emission features of a single emitter embedded in a nanostructure are closely related to the local environment parameters, as well as to the orientation of the dipole itself. In order to maximize the coupling of fluorescent emitters to nanostructures, we established a method to determine the 3D-orientation of an emitting dipole. I developed an analytic description of a method which allows a measurement of a single dipole orientation to be performed, in various experimental configurations. I then applied this method to colloidal semiconductor nanocrystals (spherical CdSe/CdS and CdSe/ZnS nanocrystals and CdSe/CdS dot-in-rods). By using a polarization analysis, I determined the 3D-orientation of a single emitting dipole. This study led us to the particular conclusion that the emitting dipole associated to a dot-in-rod is not aligned with the elongated axis of the emitter. Then, I studied the coupling between light to surface plasmons modes using periodic metallic gratings. Specular reflectivity measurements highlighted an efficient coupling between the incident visible light and surface plasmons polaritons for a large range of wavelengths. Photoemission electron microscopy (PEEM) measurements, based on the collection of photo-emitted electrons on the surface of the sample, allowed the coupling of light to plasmonic modes to be investigated with a high spatial resolution (25 nm). The sample is excited by a laser tunable in polarization and wavelength, providing a map of the electric field on the surface. The samples showed two different signatures of a coupling to plasmonic modes (interference fringes and hot spots).

Composition du jury

Président : Nicolas Treps
Rapporteurs : Renaud Bachelot et Sophie Brasselet
Examinateurs : Ludovic Douillard et Benoît Dubertret
Membre invité : Laurent Coolen
Directrice de thèse : Agnès Maître