GRACE A UNE SELECTION SPECTRALE TRES FINE, LA SPECTROSCOPIE A UNE MOLECULE CONSTITUE UNE TECHNIQUE PRIVILEGIEE POUR SONDER LES INTERACTIONS D'UNE SEULE MOLECULE AVEC SON PROCHE ENVIRONNEMENT (

La microscopie optique en champ proche permet, par sa grande résolution spatiale, d'isoler des nano-objets individuels. Il est ainsi possible de mener des études spectroscopiques très locales qui s'affranchissent de l'effet de moyenne sur un grand nombre d'individus imposé aux études en champ lointain et, donc, de comprendre les phénomènes physiques mis en jeu à l'échelle d'un nano-objet unique. La mise en oeuvre d'un microscope optique en champ proche fonctionnant à des températures cryogéniques requiert des solutions technologiques adaptées. Celles-ci sont décrites en détail dans la première partie de ce travail, ainsi que l'optimisation des réglages nécessaires au fonctionnement à basse température. Les différentes potentialités de l'instrument sont ensuite montrées expérimentalement sur des boîtes quantiques semi-constructrices II-VI, dans le mode dynamique par la réalisation de cartographies de luminescence, et en mode statique par la spectroscopie d'une boîte quantique unique. Cette dernière révle un comportement nouveau, attribué à un complexe multiexcitonique chargé, qui fait l'objet d'une discussion. Enfin, la possibilité d'adresser des boîtes quantiques par la propagation d'une onde de plasmon de surface dans un écran métallique déposé sur la structure semi-conductrice est démontrée expérimentalement.

CETTE THESE PROPOSE LA MISE AU POINT ET LES AMELIORATIONS DU MICROSCOPE OPTIQUE EN CHAMP PROCHE CONCU ET REALISE AU LABORATOIRE. CE MICROSCOPE UTILISE UNE FIBRE OPTIQUE ETIREE ET METALLISEE EN MODE ILLUMINATION LOCALE. DEUX METHODES DE DETECTION DE LA VIBRATION DE LA FIBRE ONT ETE MISES EN PLACE : LA METHODE OPTIQUE ET LA METHODE DU DIAPASON. AINSI, DES RESULTATS TOPOGRAPHIQUES (RESEAU, PROJECTION PATTERN) DE RESOLUTION NANOMETRIQUE ONT ETE OBTENUS LORS DE LA MISE AU POINT DE L'APPAREIL. ENFIN, DES MOLECULES UNIQUES DE DII INSEREES DANS UN POLYMERE DE PMMA ONT ETE DETECTEES PAR FLUORESCENCE A TEMPERATURE AMBIANTE. CE TRAVAIL A POUR PERSPECTIVES DES ETUDES SPECTROSCOPIQUES DE MOLECULES INDIVIDUELLES PAR MICROSCOPIE EN CHAMP PROCHE OPTIQUE, SOIT A TEMPERATURE AMBIANTE, SOIT A TRES BASSE TEMPERATURE.

L'OBJECTIF DE CE TRAVAIL A ETE D'ETUDIER ET DE DEVELOPPER UNE NOUVELLE TECHNIQUE DE MICROSCOPIE OPTIQUE EN CHAMP PROCHE (SNOM) AYANT LA PARTICULARITE D'UTILISER UNE POINTE METALLIQUE SANS OUVERTURE A LA PLACE DE NANO-OUVERTURES CLASSIQUEMENT UTILISEES. APRES AVOIR DECRIT LES PRINCIPALES CONFIGURATIONS SNOM EXISTANTES, NOUS PRESENTONS LE PRINCIPE PROPOSE ET DECRIVONS LE MONTAGE EXPERIMENTAL REALISE POUR LE CONCRETISER. LE MICROSCOPE DEVELOPPE TRAVAILLE EN REFLEXION, IL EST COUPLE A UN MICROSCOPE A FORCE ATOMIQUE (AFM), UTILISANT LA MEME POINTE, FONCTIONNANT EN MODE TAPPING. UNE FOIS LE MICROSCOPE EN CHAMP PROCHE REALISE NOUS AVONS ETUDIE LES INTERACTIONS ENTRE LA POINTE ET LA SURFACE DE L'ECHANTILLON ET EN AVONS DEDUIT LES PRINCIPALES CARACTERISTIQUES. DE NOMBREUSES IMAGES DANS LE VISIBLE (LONGUEUR D'ONDE = 0.67 MICRON) D'ECHANTILLONS DETERMINISTES (RESEAUX, LIGNES, MARCHES) ONT REVELE DANS UN PREMIER TEMPS UNE RESOLUTION OPTIQUE MEILLEURE QUE 100 NM A L'AIDE DE POINTES COMMERCIALES EN TUNGSTENE. PAR LA SUITE, L'UTILISATION DE POINTES EN TUNGSTENE QUE NOUS FABRIQUONS PAR ELECTROCHIMIE NOUS A PERMIS D'ATTEINDRE UNE RESOLUTION MEILLEURE QUE 15 NM (LONGUEUR D'ONDE SUR 45). DE PLUS, UNE INDEPENDANCE INDENIABLE ENTRE LES SIGNAUX SNOM ET AFM A ETE MIS EN EVIDENCE. L'UTILISATION DU MICROSCOPE DANS L'INFRAROUGE MOYEN (LONGUEUR D'ONDE = 10.6 MICRONS) A CONFIRME L'INTERET DE CETTE NOUVELLE APPROCHE PUISQUE NOUS AVONS ATTEINT UNE RESOLUTION D'ENVIRON LONGUEUR D'ONDE SUR 600 DANS CE DOMAINE SPECTRALE

LA MICROSCOPIE OPTIQUE DE CHAMP PROCHE, LA MICROSCOPIE CONFOCALE ET LA MICROSCOPIE BIPHOTONIQUE ONT ETE UTILISEES POUR REALISER DES EXPERIENCES DE SPECTROSCOPIE DE FLUORESCENCE DE MOLECULES INDIVIDUELLES OU DE SPECTROSCOPIE RAMAN DE NANOTUBES DE CARBONE. DES DIAGNOSTICS COMPLEMENTAIRES ONT ETE IMPLANTES ET PERMETTENT DE REALISER DES IMAGES SPECTRALES, DES ETUDES DE DYNAMIQUE MOLECULAIRE OU DES ETUDES DE POLARISATION MOLECULAIRE. POUR LES ETUDES DE POLARISATION, UNE METHODE ORIGINALE ET EFFICACE POUR L'EXCITATION DE MOLECULES INDIVIDUELLES AYANT UNE ORIENTATION SPATIALE ARBITRAIRE A ETE PRESENTEE. CETTE METHODE EXPLOITE LA NATURE VECTORIELLE DU CHAMP ELECTROMAGNETIQUE AU POINT FOCAL D'UN OBJECTIF DE MICROSCOPE DE GRANDE OUVERTURE NUMERIQUE. LE MICROSCOPE OPTIQUE DE CHAMP PROCHE UTILISE UNE POINTE OPAQUE. LE PRINCIPE CONSISTE A EXPLOITER LA FORTE EXALTATION DU CHAMP ELECTROMAGNETIQUE A PROXIMITE D'UNE POINTE DE FORT INDICE OPTIQUE. LE FAIBLE ET INATTENDU FACTEUR D'EXALTATION DE LA FLUORESCENCE D'UNE MOLECULE INDIVIDUELLE EST EVALUE. IL RESULTE DE LA COMPETITION ENTRE L'EXALTATION DE L'EMISSION DE FLUORESCENCE ET L'INHIBITION DE LA FLUORESCENCE EN RAISON D'UN TRANSFERT D'ENERGIE VERS LA POINTE. PARALLELEMENT, J'AI UTILISE LA SPECTROSCOPIE RAMAN EXALTEE DE SURFACE POUR DETECTER ET SELECTIONNER UNE CLASSE UNIQUE DE NANOTUBES DE CARBONE. LE SPECTRE RAMAN PERMET ALORS DE DETERMINER LE DIAMETRE DES NANOTUBES DE CARBONE. POUR PROGRESSER DANS L'EXPLOITATION DES PROPRIETES DE SONDE LOCALE DES MOLECULES INDIVIDUELLES, LES MECANISMES RESPONSABLES DE LA DISPERSION DES PARAMETRES PHOTOPHYSIQUES MOLECULAIRES DOIVENT ETRE IDENTIFIES. JE PRESENTE LA MESURE, A TEMPERATURE AMBIANTE, DE DIFFERENTS PARAMETRES PHOTOPHYSIQUES SUR DES MOLECULES INDIVIDUELLES DISPERSEES DANS UNE MATRICE ORIGINALE, UN FILM ELABORE SUIVANT LE PROCEDE SOL-GEL. CES ACQUISITIONS SONT UN PREMIER PAS VERS L'ETUDE DE CORRELATIONS ENTRE DIFFERENTS PARAMETRES PHOTOPHYSIQUE D'UNE MEME MOLECULE.