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Thèse de doctorat

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Titre

Etude du phénomène de la transition de spin dans les couches ultra-minces à l'aide des plasmons de surface

Auteur

Abdul Kader, Khaldoun

Directeur de thèse

Bousseksou, Azzedine

Molnar, Gabor

Date de soutenance

2014-01-30

Établissement de soutenance

Université de Toulouse

Université Toulouse III - Paul Sabatier

École doctorale

Sciences de la matière (SdM)

Structure de recherche

Laboratoire de Chimie de Coordination (LCC), UPR 8241

Discipline

Physique

Sujet

Physique

Mots-clés en français

Transition de spin

Plasmons de surface localisés

Plasmons de surface délocalisés

Transition de phase

Matériaux moléculaires

Spectroscopie

SERS

Couches minces

Nanostructures

Théorie de Mie

Théorie de Gans

Equation de Fresnel

Résumé en français

Depuis de nombreuses années, l'idée qu'une molécule ou un ensemble de molécules puissent servir comme élément actif dans un dispositif électronique ou photonique stimule de plus en plus l'activité scientifique des chercheurs à l'échelle mondiale. Certains complexes de métaux de transition présentent un phénomène de bistabilité moléculaire, ce sont les matériaux à transition de spin (TS). Le changement de l'état de spin s'accompagne d'une modification des propriétés physiques de la molécule telles que les propriétés magnétiques, optiques, électriques et mécaniques. Cependant, la détection de la transition de spin dans ces matériaux pose de grandes difficultés à l'échelle nanométrique (couches minces, nanoparticules, ...), en raison de la faible quantité de matière sondée d'une part, et d'autre part, par la résolution spatiale limitée des techniques utilisées. Pour palier ces difficultés, de nouvelles méthodes sont développées dans le cadre de cette thèse pour étudier ces matériaux à l'échelle nanométrique. Elles sont basées sur le phénomène de résonances des plasmons de surface localisés et des plasmons de surface délocalisés. Ces dispositifs plasmoniques, couches minces ou nano-objets d'or, nous ont permis de suivre la variation du changement d'indice de réfraction optique qui accompagne la TS. Ainsi, dans ce travail de thèse, nous avons pu, pour la première fois, détecter expérimentalement le phénomène de transition de spin dans des couches très minces (jusqu'à 15 nm) de différents matériaux mettant en évidence une variation de l'indice de réfraction de l'ordre de 10-1 - 10-2. De plus, nous avons montré que ces nano-objets hybrides métalliques/moléculaires peuvent être utilisés comme "dispositifs plasmoniques actifs" en modulant le signal plasmonique par un effet photo-thermique.

Résumé en anglais

Recently, nano-objects and thin films displaying molecular spin crossover phenomenon have attracted much attention for their possible application as an active element in electronic or photonic devices. The change of the spin state is accompanied by a change in various physical properties of this molecule such as magnetic, optical, electrical and mechanical properties. However, the detection of the spin crossover in these materials at the nanoscale (thin films, nanoparticles, ...) makes for great difficulties, due to the small amount of the probed material, as well as due to the limited spatial resolution of the usual detection methods. To overcome these problems new methods have been developed in this thesis to study these materials at the nanoscale. Our approach is based on the resonance phenomena of localised surface plasmons and surface plasmon polaritons. These techniques use thin noble metal layers or patterned nanorod arrays, which allowed us to detect the refractive index change accompanying the spin crossover. In this thesis work, for the first time, we have been able to detect the spin crossover phenomenon in nanometric layers (down to 15 nm) for different materials, highlighting a refractive index variation of 10-1 - 10-2. In addition, we have shown that the molecular spin state switching can be very efficiently triggered by a photo-thermal effect (plasmonic heating), which - in turn - allows for an active tuning of the plasmon resonance.

Numéro national de thèse

2014TOU30017

Date de publication

2014-10-27T08:49:42