ED Sciences Chimiques
Synthèse de sphères de silicium pour metamatériaux optiques
par Megan PARKER (ICMCB - Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux)
Cette soutenance a lieu à 10h00 - Amphithéâtre Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux 87 Avenue du Dr Albert Schweitzer, 33600 Pessac
devant le jury composé de
- Glenna DRISKO - Directrice de recherche - CNRS - Directeur de these
- Patrick ROSA - Chargé de recherche - CNRS - CoDirecteur de these
- Laurence CROGUENNEC - Directrice de recherche - CNRS - Examinateur
- Eric HILL - Directeur de recherche - University of Hamburg - Examinateur
- Chloé THIEULEUX - Directrice de recherche - CNRS - Rapporteur
- Karine PHILIPPOT - Directrice de recherche - CNRS - Rapporteur
Les interactions entre la lumière et la matière peuvent être maîtrisées et exploitées grâce à des choix précis en matière de conception des matériaux, ce qui permet de concevoir de nouveaux composants optiques. Les particules de silicium, dont la taille varie de quelques nanomètres à des centaines de nanomètres, sont devenues des candidats prometteurs pour la conception de métamatériaux optiques. Grâce à leur indice de réfraction élevé et à leur faible coefficient d'adsorption aux fréquences visibles, les particules de silicium présentent une diffusion intense de la lumière dans le spectre de la lumière visible. La diffusion observée est le résultat des résonances de Mie, un phénomène optique qui décrit l'interaction entre la lumière et les particules diélectriques sub-longueur d'onde. Les résonances de Mie permettent d'adapter les propriétés optiques souhaitées dans les métamatériaux à base de silicium. Les particules de silicium idéales doivent être sphériques, entre 75 et 200 nm, mono disperses, denses et cristallines. Les synthèses de particules de silicium en solution, qui peuvent permettre un rendement plus élevé et un meilleur contrôle de la taille et de la forme, ont été historiquement limitées à la production de petites particules de Si (< 20 nm de diamètre). Dans le cadre de cette thèse, deux systèmes de précurseurs de Si en solution sont explorés afin d'offrir un meilleur contrôle sur la taille et la forme des particules de Si. Le choix du solvant et du rapport des précurseurs influe considérablement sur la taille des particules de Si que l'on peut obtenir. Dans le toluène et en utilisant un excès du complexe de coordination de Si, la taille des particules peut être contrôlée de 45 à 230 nm de diamètre, ce qui étend considérablement les limites des synthèses actuelles en solution. Le ligand amidinate s'est avéré important pour contrôler la taille des particules. L'indice de réfraction des particules est mesuré et se rapproche de celui du Si massif, ce qui garantit que les particules présenteront une diffusion intense de la lumière lorsqu'elles seront assemblées ultérieurement. Cette approche est ensuite adaptée à d'autres systèmes rédox où une phase de silicium Zintl peut également être combinée avec un halogénure de silicium (fournissant l'espèce Si (IV)) et des tensioactifs pour produire une gamme encore plus large de tailles de particules de Si (jusqu'à 400 nm de diamètre). Dans la dernière partie de cette thèse, le complexe bis(N,N′-diisopropylbutylamidinato)dichlorosilane a été décomposé avec un cylochexasilane en conditions supercritiques (460°C, 345 bar). Les particules ont ensuite été auto-assemblées en une monocouche via une suspension éthanol/butanol sur une interface air-eau et les interactions particule-particule ont été étudiées. Des résonances de haute qualité sont observées dans la couche mince effective, ce qui est important pour la conception de métasurfaces optiques à facteur de qualité plus élevé. Le développement de cette approche entièrement ascendante vers une monocouche de sphères, ainsi que le développement simultané de synthèses en solution vers des sphères de Si en conditions ambiantes, offriront de nouvelles voies vers le développement de métasurfaces à base de Si à grande échelle.