Crédit: Nicolas Antille, www.nicolasantille.com
Des scientifiques de l’EPFL ont découvert que le réarrangement causé par un laser de quelques atomes d’or à l’intérieur d’antennes nanométriques pouvait être observé à l’oeil nu.
Image: Nano-antennes plasmoniques fabriquées à l’EPFL : des nanoparticules d’or sont déposées sur un film d’or recouvert d’une couche de molécules. L’émission de lumière à partir de défauts proches de la surface du film est fortement renforcée par l’effet d’antenne, permettant son observation. Crédit : Nicolas Antille
Les atomes ou les molécules étant 100 à 1000 fois plus petits que la longueur d’onde de la lumière visible, il est notoirement difficile de recueillir des informations sur leur dynamique, surtout lorsqu’ils sont intégrés dans des structures plus grandes.
Afin de contourner cette limitation, les chercheurs conçoivent des nano-antennes métalliques qui concentrent la lumière dans un volume minuscule afin d’améliorer considérablement tout signal provenant de cette région. Les nano-antennes sont l’épine dorsale de la nanoplasmonique, un domaine qui a un impact profond sur la biodétection, la photochimie, la conversion d’énergie solaire et la photonique.
Des chercheurs de l’EPFL, dirigés par le professeur Christophe Galland de la Faculté des sciences de base, ont découvert qu’en envoyant une lumière laser verte sur une nano-antenne en or, son intensité est localement augmentée au point de faire sortir les atomes d’or de leur position d’équilibre, tout en maintenant l’intégrité de la structure globale. La nano-antenne en or amplifie également la très faible lumière diffusée par les défauts atomiques nouvellement formés, la rendant visible à l’oeil nu.
Cette danse des atomes à l’échelle nanométrique peut ainsi être observée sous forme de flashs de fluorescence orange et rouge, qui sont les signatures d’atomes subissant des réarrangements. "De tels phénomènes à l’échelle atomique seraient difficiles à observer in situ, même à l’aide de microscopes électroniques ou à rayons X très sophistiqués, car les défauts atomiques émettant les flashs lumineux sont enfouis dans un environnement complexe parmi des milliards d’autres atomes", explique Christophe Galland.
Ces résultats inattendus soulèvent de nouvelles questions sur les mécanismes microscopiques exacts par lesquels une faible lumière verte continue peut mettre en mouvement certains atomes d’or. "La réponse à ces questions sera essentielle pour faire passer les nano-antennes optiques du laboratoire au monde des applications - et nous y travaillons", déclare Wen Chen, premier auteur de l’étude.
Autres contributeurs
- Université de Wuhan
- Laboratoire Max Planck-EPFL pour les nanosciences moléculaires
Wen Chen, Philippe Roelli, Aqeel Ahmed, Sachin Verlekar, Huatian Hu, Karla Banjac, Magalí Lingenfelder, Tobias J. Kippenberg, Giulia Tagliabue, Christophe Galland. Intrinsic luminescence blinking from plasmonic nanojunctions. Nature Communications 21 May 2021. DOI: 10.1038/s41467-021-22679-y
Christophe Galland, Nik Papageorgiou
