Centre de recherche sur les Ions, les MAtériaux et la Photonique (UMR 6252)

Selon leurs dimensions, les nanoparticules d’argent métallique sous lumière incidente montrent, soit des résonances plasmoniques pour des particules de dimension allant jusqu’à quelques nanomètres, soit un comportement du type semi-conducteur pour les agrégats d’argent de dimensions sub-nanométriques.

Le comportement plasmonique va donner lieu à des propriétés caractéristiques de diffusion et d’absorption de la lumière, ou de localisation de champ électromagnétique. La réduction de la taille des particules métalliques à une longueur d’onde inférieure à la longueur d’onde de Fermi conduit à l’accroissement de l’énergie inter-niveau d’énergie jusqu’à dépasser l’énergie d’activation thermique (kBT).
Ceci conduit, de façon comparable aux semi-conducteurs, à une bande d’énergie interdite dont la largeur dépend de la taille des particules et conduit à des nanoparticules d’argent luminescentes. Dans le cadre d’une collaboration de l’équipe NIMPH du CIMAP avec les laboratoires LCS et CRISMAT de Caen, nous avons investigué ces nano-objets aux dimensions où la transition entre le comportement métallique et semi-conducteur à lieu.
Nous avons démontré une nouvelle stratégie de préparation de particules d’argent sub-nanométriques connectées via une réduction électrochimique sélective photo-assistée de cations d’argent dans des cages de zéolite X de type faujasite et ayant des propriétés optiques uniques.
Ces objets ont été étudiés par différentes techniques de caractérisation structurale, de spectroscopie optique et de modélisation ce qui a permis d’élucider le comportement optique unique de ces particules sub-nanométriques d’argent connectées, formées à partir d’amas d’Ag connectés à travers des canaux de zéolite.
Leurs propriétés de luminescence et de résonance plasmonique sont potentiellement intéressantes pour diverses applications dans les domaines de la conversion d’énergie, de l’imagerie et du biomédical.

Figure : (1) images HAADF-STEM des structures Ag@ZX-Bi, (2) section efficace d’extinction normalisés de nanostructures d’argent avec des particules sub-nanométriques interconnectées dans une cellule unitaire unique, deux cellules unitaires interconnectées, cinq cellules unitaires interconnectées et dix cellules unitaires interconnectées avec polarisation le long des axes xO et yO.

Julien Cardin
F. Douma, L. Lakiss, O. I. Lebedev, J. Cardin, K. L. Kostov, J. E. Fallah, V. Valtchev, M. El-Roz,
Normandie Université, ENSICAEN, UNICAEN, CNRS, Laboratoire Catalyse et Spectrochimie, 14050 Caen, France. E-mail : mohamad.elroz@ensicaen.fr
CRISMAT, ENSICAEN, CNRS UMR 6508, 14050 Caen, France
CIMAP, Normandie Université, ENSICAEN, UNICAEN, CNRS UMR 6252, CEA, 14000 Caen, France
Bulgarian Academy of Sciences, Institute of General and Inorganic Chemistry, 1113 Sofia, Bulgaria