Description du sujet de thèse

Il y a déjà une quinzaine d'années, il a été démontré que les défauts topologiques des cristaux liquides pouvaient être utilisés pour confiner et organiser des nanoparticules. En particulier, des chaînes orientées de nanosphères ou de nanobâtonnets pointe à pointe ont été formées dans des défauts smectiques unidimensionnels, des dislocations et des disinclinaisons [1, 2]. Les transitions de phase des cristaux liquides se produisant à basse température, les cristaux liquides peuvent fournir des assemblages de nanoparticules activés par la température [3]. Dans ce contexte, nous proposons d'utiliser des défauts smectiques unidimensionnels orientés afin de construire des cavités plasmoniques basées sur des nanobâtonnets ou bipyramides d'or (ou d'argent/or) en contact au sein des défauts. On attend une augmentation considérable du champ électromagnétique dans la cavité placée entre les nanobâtonnets ou bipyramides voisins. Nous étudierons comment varier d'un couplage faible à un couplage fort entre la cavité plasmonique et des fluorophores spécifiquement connectés aux pointes des nanobâtonnets (ou bipyramides) et donc spécifiquement localisés dans la cavité plasmonique. Un régime de couplage fort pour des émetteurs localisés au sein de toutes les cavités formant une chaîne confinée dans un défaut, donnera accès à des processus d'émission cohérents collectifs à température ambiante tels que la superradiance et la superfluorescence.
Nous étudierons enfin l'évolution du couplage lorsque la température augmente en relation avec la disparition des défauts des cristaux liquides qui a lieu à la transition de phase du cristal liquide. Cette étude ouvrira la voie à une activation de l’intensité et de la nature du couplage contrôlée par la température. Il s'agira d'une première étape vers de futurs dispositifs optiques basés sur un couplage fort ou faible entre des cavités plasmoniques et des fluorophores contrôlés par la température.

[1] S.P. Do et al. Nano Letters 20 (2020) 1598, [2] B. Rozic, ACSNano 11 (2017) 6728 [3], H. Jeridi, Appl. Phys. Lett. 123 (2023) 203101

Contexte de travail

Ce sujet de thèse est financé par un projet ANR entre trois laboratoires, l'Institut des NanoSciences de Paris (INSP), l'Institut de Chimie de la matière condensée de Bordeaux (ICMCB) et l'institut Langevin à Paris. La thèse aura donc vocation à être menée en collaboration forte avec ces deux laboratoires.
Elle aura lieu à l'INSP qui est une unité mixte de recherche (UMR 7588) du CNRS et de Sorbonne Université. Cet institut est dirigé par Massimiliano Marangolo, professeur à Sorbonne Université et ses objectifs scientifiques se situent au cœur de la recherche fondamentale en nanosciences. Au sein de l'INSP la thèse aura lieu dans l'équipe Physico-chimie et dynamique des surfaces sur le campus Jussieu dans le groupe dirigé par Emmanuelle Lacaze avec d'ores et déjà 4 doctorants dans le groupe dont 2 qui rédigent leur thèse (en fin de 3ème année).

Contraintes et risques

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