Projet ANR-13-BS10-0006 – SAMPLE : Architectures supramoléculaires sur métal pour l'exaltation plasmonique de la luminescence
Programme : Blanc - SIMI 10 - Nanosciences (Blanc SIMI 10) 2013
Année de financement : 2013
Coordinateur du projet : Monsieur Fabrice CHARRA (Laboratoire de Nanophotonique)
Partenaires : Institut Parisien de Chimie Moléculaire; Institut Rayonnement et Matière de Saclay; Laboratoire de Photonique et de Nanostructures
Montant : 363454.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 42 mois
Résumé : Ces dernières années, entraînée par le développement rapide de la nanophotonique, la physique et les applications des ondes plasmoniques en interaction avec des émetteurs quantique ont constitué un sujet de recherches très actif. En particulier, le couplage entre un guide d'ondes plasmonique et un milieu optiquement actif, tel que des molécules de colorant laser, a fait l'objet de nombreuses études, motivées par des perspectives d'applications technologiques. Parmi les sujets les plus importants figurent la possibilité de compenser les pertes de propagation intrinsèques aux ondes plasmoniques par un milieu à gain optique, pompé optiquement ou électriquement, et la perspective d’obtention de l’effet laser dans une cavité plasmonique (SPASER). 
Notre proposition est basée sur plusieurs avancées récentes dans les domaines des nanosciences et des nanotechnologies auxquelles les partenaires du projet ont directement contribué: 
- Tout d'abord, la compréhension des phénomènes de propagation d'ondes plasmoniques a fait l'objet d’importants progrès récents, ce qui a permis la conception de guides d'ondes, résonateurs et les antennes plasmoniques. En outre, leurs techniques de nano-fabrication ont été mis au point avec succès.
 - Deuxièmement, les méthodes d’auto-assemblage moléculaire, qui ont longtemps été limitées à des systèmes planaires sur des surfaces, est en train de se développer vers la troisième dimension, c'est à dire au-dessus de la surface. Il est maintenant possible de produire par auto-assemblage des réseaux organisés d'émetteurs de lumière (fluorophores) découplés électroniquement du substrat et avec des paramètres géométriques ajustables. Plus récemment encore, cette stratégie a été étendue du graphite vers l'or, un substrat compatible avec la plasmonique.
SAMPLE est un projet exploratoire multidisciplinaire qui consiste en la première réalisation et caractérisation photonique d’un système associant un auto-assemblage de fluorophores couplés optiquement à un guide d'ondes plasmoniques fortement couplées ("short range") ou à un résonateur plasmonique.
Pour répondre au besoin, pour l'auto-assemblage, de surfaces inertes chimiquement et atomiquement planes avec la nécessité d’utiliser des métaux nobles pour les besoins de la plasmoniques, nous utiliserons des substrats cristallins d'or présentant des faces (111). Des expériences de microscopie et de spectroscopie de fluorescence résolue en temps permettront l'identification des processus photoniques élémentaires qui découlent de ce couplage optique fort. Une attention particulière sera portée aux comportements non-linéaires vis-à-vis de la puissance de la pompe. Ces résultats alimenteront à la fois les tâches de conception des molécules et de conception des guides d'ondes plasmoniques. De nombreuses propriétés originales sont attendues du couplage entre une onde plasmonique et une assemblée organisée de molécules optiquement actives. Durant ce projet, nous nous focaliserons sur l'émission stimulée, en utilisant des molécules fluorescentes organisées avec une géométrie proche de celle des aggrégats-J favorable aux effets de superradiance. Dans le cas où le gain atteint serait suffisant pour compenser les pertes de propagation intrinsèques aux guides plasmoniques, une expérience de démonstration d'une amplification nette dans un guide d'onde plasmonique sera tentée. Ensuite, la conception d'une cavité plasmonique résonante sur la base de ce guide d'ondes ouvrira la voie vers une première démonstration d’un nouveau type de SPASER.