Plasmonique

Ngoc Diep Lai et Isabelle Ledoux-Rak

Écriture laser directe de nanostructures d'or et d'argent pour le stockage de données et la nano-impression couleur. 


Les nanoparticules métalliques (NP) sont largement utilisées dans diverses applications, grâce à leur résonance plasmonique de surface, c'est-à-dire l'oscillation collective d'électrons libres en résonance avec la lumière incidente, par exemple en photocatalyse, en détection, en stockage optique de données ou en médecine. Nous avons démontré une méthode simple et efficace pour fabriquer des îlots d'or et/ou d'argent en utilisant la méthode d'écriture directe au laser. Les nano-îlots d'or et/ou d'argent sont formés par l'effet thermique local induit optiquement par un faisceau laser continu bien focalisé sur une couche d'or et/ou d'argent . En déplaçant le spot de focalisation du laser, il a été possible d'écrire à la demande des textes et des images plasmoniques  à l'échelle nanométrique. En utilisant une couche d’or d’une épaisseur de 50 nm, cette même méthode nous permettrait de réaliser différentes structures bidimensionnelles de nano-trous d’or avec une périodicité aussi petite que 500 nm. Cela permet d'obtenir des nanostructures plasmoniques en une seule étape sans avoir besoin d'un moule en polymère suivi d'un processus de lift-off. Cette démonstration ouvre la voie à de nombreuses applications intéressantes, telles que le stockage de données plasmoniques et l'impression couleur à l'échelle nanométrique. 

Pour d’autres applications, il est nécessaire d'incorporer ces structures plasmoniques dans différents matériaux, notamment des polymères. Nous avons récemment mis au point une méthode originale pour fabriquer directement des NP d'or dans une matrice polymère en utilisant une technique de traitement thermique. Plusieurs thèses sont réalisées permettant d'obtenir des structures plasmoniques dans des films de polymères par la méthode d'écriture directe au laser et d'étudier leurs applications en optique non-linéaire. Deux projets internationaux financés par l’Ambassade de France (aux États-Unis avec l’université de Georgia, et en Egypte avec l'université de Beni Suef) sont en cours sur le développement d’un capteur sensible à base de structure plasmo/magnétique et sur les applications en bio/médecine.

Les publications représentatives du thème sont:

  • Q. T. Pham, I. Ledoux-Rak, and N. D. Lai, “Unveiling optical properties of micropatterns based fluorescent gold nanoclusters and plasmonic nanoparticles in polymer thin films,” ACS Applied Optical Materials 3, 1324–1329 (2025)
  • Q. T. Pham, G. L. Ngo, C. T. Nguyen, I. Ledoux-Rak, and N. D. Lai, “Unraveling the Dominant Size Effect in Polydisperse Solutions and Maximal Electric Field Enhancement of Gold Nanoparticles,” Photonics 11, 691 (2024).
  • Q. T. Pham, G. L. Ngo, X. A. Nguyen, C. T. Nguyen, I. Ledoux-Rak, and N. D. Lai, “Direct synthesis of gold nanoparticles in polymer matrix,” Polymers 15, 16 (2023).
  • F. Mao, G. L. Ngo, C. T. Nguyen, I. Ledoux-Rak, and N. D. Lai, “Direct fabrication and characterization of gold nanohole arrays,” Opt. Express 29, 29841-29856 (2021).
  • F. Mao, A. Davis, Q. C. Tong, M. H. Luong, C. T. Nguyen, I. Ledoux-Rak, and N. D. Lai, “Direct Laser Writing of Gold Nanostructures : Application to Data Storage and Color Nanoprinting,” Plasmonics 13, 2285–2291 (2018).
  • Q. C. Tong, M. H. Luong, J. Remmel, M. T. Do, D. T. T. Nguyen, and N. D. Lai, “Rapid direct laser writing of desired plasmonic nanostructures,” Opt. Lett. 42, 2382- 2385 (2017).
  • Q. C. Tong, M. H. Luong, T. M. Tran, J. Remmel, M. T. Do, D. M. Kieu, R. Ghasemi, T. Nguyen, and N. D. Lai, “Realization of desired plasmonic structures by direct laser writing technique,” J. Electron. Mater. 46, 3695 (2017).
  • M. T. Do, Q. C. Tong, A. Lidiak, M. H. Luong, I. Ledoux-Rak, and N. D. Lai, “Nano- patterning of gold thin film by thermal annealing combined with laser interference techniques,” Appl. Phys. A - Materials Science & Processing 122, 360 (2016).
  • M. T. Do, Q. C. Tong, M. H. Luong, A. Lidiak, I. Ledoux-Rak, and N. D. Lai, “Fa- brication and characterization of large-area unpatterned and patterned plasmonic gold nanostructures,” J. Electron. Mater. 45, 2347-2353 (2016).