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Accueil du site > Reserve Emploi / Thèse / Stages > Stages Master 2 Recherche 2007 - 2008

Dispersions de nano-particules d’or pour métamatériaux auto-assemblés à permittivité contrôlée

Maîtres de stage : Pr Frédéric NALLET / 05 56 84 56 83 - Dr Ashod ARADIAN / 05 56 84 56 63

Les méta-matériaux, matériaux nouveaux aux propriétés électromagnétiques fascinantes (indice de réfraction négatif, propagation des ondes inversée, amplification des ondes évanescentes...), constituent un domaine de recherche en pleine explosion, devenu célèbre pour ses applications potentiellement révolutionnaires : "super-lentilles" optiques pour l’imagerie subdiffraction, antennes miniaturisées, voire invisibilité... Ces propriétés nouvelles reposent sur la présence dans le métamatériau de « résonateurs » microscopiques capables d’engendrer des réponses électriques et magnétiques bien choisies. La technique usuelle de fabrication de tels métamatériaux passe par la nano-lithographie de surfaces et montre un certain nombre de limites : en particulier, pour obtenir un métamatériau opérant dans le visible, il faut graver des structures à l’échelle de quelques dizaines de nanomètres – ce qui dépasse les frontières technologiques actuelles des techniques de gravure. Pour s’affranchir de ces contraintes, une approche alternative, encore peu explorée, est de fabriquer des métamatériaux par auto-assemblage dirigé : dans ce cas, les résonateurs ne sont plus gravés mais sont des nano-objets de taille et de forme contrôlées (sphères, bâtonnets, particules cœur-écorce de taille nanométrique, …) soit dispersés aléatoirement, soit structurés, dans une matrice 3D (gel, cristal liquide, …). Autour de cette approche se structure actuellement un groupe de travail pluri-disciplinaire au sein du campus de Bordeaux (synthèse chimique, auto-assemblage, électromagnétisme et optique, théorie et modélisation). Le stage proposé s’insère dans cette dynamique. Le travail proposé pour la durée de stage consistera à travailler à l’obtention d’un (méta)matériau dont la permittivité ε effective soit telle que : 0 < ε < 1 aux fréquences visibles (avec μ = 1), ce qui correspond au cas intéressant d’un indice optique positif, mais inférieur à l’unité. De tels matériaux présentent des perspectives utiles en termes d’applications dans des dispositifs à base de métamatériaux. Le matériau sera fabriqué par le stagiaire par dispersion de nanoparticules d’or (ε < 0) à différentes concentrations dans une matrice polymère diélectrique (ε > 0), de sorte que le milieu effectif (milieu « moyen ») ressenti par une onde lumineuse incidente soit dans la gamme de permittivité désirée. Le polymère utilisé sera soit homogène soit structuré. Outre les aspects de mise au point, de contrôle et de caractérisation de la procédure de dispersion, le stagiaire effectuera la caractérisation optique du matériau obtenu (mesures d’indice et de permittivité). Les valeurs mesurées en fonction de la concentration en particules, et éventuellement en fonction de la fréquence, seront comparées aux valeurs prédites par les modèles classiques de milieu effectif afin de déterminer dans quelle mesure ces derniers sont valides ou défaillants.

Poursuite du sujet sous la forme de thèse : Le sujet pourra se prolonger dans le cadre d’une thèse dans laquelle cette première approche par dispersion de particules d’or dans une matrice sera étendue et généralisée pour obtenir des effets nouveaux (insertion dans une matrice active cristal liquide, introduction de particules cœur-écorce ayant aussi une activité magnétique μ ≠ 1, etc)

Compétences : physico-chimiste, physicien. Les systèmes et techniques expérimentaux font appel à des connaissances de base en optique et en thermodynamique des systèmes colloïdaux et des solutions. L’étudiant recherché a un goût pour le travail pluridisciplinaire.