Plasmonic and whispering gallery mode resonances in monodisperse TiO₂ microcapsules

Cette étude présente une technique microfluidique innovante et efficace, basée sur la production de gouttelettes, pour la production contrôlée de microsphères monodisperses de dioxyde de titane (TiO₂). Notre méthodologie se démarque nettement des méthodes conventionnelles de production par lots, souvent confrontées à des difficultés de régulation de la granulométrie et d'obtention de niveaux élevés de répétabilité. Grâce à un dispositif microfluidique à flux continu, nous avons démontré notre capacité à réguler avec précision la création de gouttelettes d'émulsion servant de matrices pour les microsphères, offrant ainsi un contrôle inégalé du diamètre et de la morphologie finaux des particules. Ce degré de précision n'est pas seulement une prouesse technique ; il est essentiel pour personnaliser les caractéristiques optoélectroniques du matériau. L'évolutivité de cette méthode souligne son potentiel pour des applications industrielles pratiques, facilitant la production de quantités importantes de microsphères de haute qualité aux propriétés uniformes. Cette adaptabilité de fabrication représente une avancée cruciale dans la conception et la synthèse systématiques de microarchitectures fonctionnelles. Notre étude approfondie des spectres d'absorption apporte des preuves convaincantes de la présence de différentes résonances en mode galerie chuchotée (WGM) dans ces microsphères remarquablement homogènes. Notre examen approfondi de microsphères de différents diamètres a révélé une relation claire et prévisible entre la taille des particules et la localisation et la netteté des pics WGM. La capacité à générer des microsphères de TiO₂ présentant un comportement WGM précisément défini et ajustable offre de nombreuses perspectives innovantes dans divers domaines scientifiques et techniques. En photocatalyse, l'absorption lumineuse améliorée par WGM augmente significativement l'efficacité de la réaction en focalisant les photons incidents, ce qui entraîne une augmentation du taux de formation de paires électron-trou et une meilleure séparation des porteurs de charge. En photonique, ces microcavités à facteur de qualité élevé peuvent servir de composants essentiels pour les circuits optiques intégrés, les filtres optiques ultra-sensibles et les microlasers. Leur remarquable sensibilité aux variations environnementales facilite leur utilisation comme biocapteurs et capteurs chimiques hautement réactifs. Nos recherches actuelles font progresser la technologie microfluidique pour faciliter la décoration in situ de microsphères avec des nanoparticules plasmoniques, comme l'or. Cette méthode vise à établir un puissant effet synergétique en couplant les interactions lumière-matière robustes de la résonance plasmonique de surface localisée (LSPR) des nanoparticules métalliques avec les modes de galerie chuchotante (WGM) des microsphères de TiO₂. Ce couplage plasmon-WGM devrait produire une augmentation significative de l'absorption de la lumière et de l'intensité du champ local, ce qui se traduira par des performances exceptionnelles en photocatalyse et en détection.