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Déposition multi-échelle de nanobâtonnets de métaux nobles


La fabrication de dispositifs nanométriques est un enjeu majeur pour l’avènement des nanotechnologies dans de nombreux domaines. L’assemblage de nanoparticules colloïdales est une méthode en plein développement depuis deux décennies pour concurrencer les techniques classiques de fabrication additive. Il serait alors possible d’envisager des constructions en trois dimensions, intégrant des distances éventuellement sub-nanométriques entre des monocristaux. De nombreux travaux dans la littérature vont en ce sens mais il reste certaines barrières à franchir, comme l’organisation des nanoparticules à grande échelle. Dans ce travail nous montrons que l’organisation de nanoparticules anisotropes peut être contrôlée localement et que l’ordre se propage sur toute la surface du dépôt.

Deux techniques complémentaires (SAXS et TEM) sont utilisées ici sur des assemblages d’hétérostructures Au/Ag. En SAXS la section du faisceau de rayon X est de l’ordre de 500 × 200 µm², alors qu’en TEM la caractérisation se fait sur des distances de quelques centaines de nanomètres. Les bâtonnets pointent dans notre direction sur l’image de TEM et sont disposés ici selon un réseau carré, mais cet arrangement peut être modulé par la section de l’hétérostructure.

Nous avons choisi de travailler avec des hétérostructures Au/Ag pour leurs propriétés optiques remarquables dans le visible. Ces objets sont obtenus en déposant sur un nanobâtonnet d’or monocristallin une couche d’argent allant de quelques monocouches jusqu’à plusieurs dizaines de nanomètres. Ainsi, la section de la nanoparticule, initialement octogonale, devient carrée. L’objectif de ce travail est d’identifier l’impact du changement de symétrie des nanoparticules sur leur empilement dans un assemblage. D’habitude, les assemblages sont caractérisés localement par microscopie électronique en transmission (TEM), donnant une information limitée sur l’organisation à grande échelle. Dans ce travail nous avons en plus utilisé la diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS) pour balayer la surface de l’assemblage avec une sonde très large comparée à la taille des nanocristaux. Cette étude structurale prouve que les nanobâtonnets s’orientent dans la même direction sur toute la surface de l’échantillon, grâce à une chimie de surface astucieuse. Des phases hexagonales ou carrées sont obtenues selon la section octogonale ou carrée des hétérostructures respectivement, démontrant un contrôle multi-échelle de l’organisation de ces nanoparticules.

Référence

Controlling the symmetry of supercrystals formed by plasmonic core-shell nanorods with tunable cross-section
Cyrille Hamon, Claire Goldmann, Doru Constantin
Nanoscale (2018)
doi:10.1039/C8NR06376A

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Cyrille Hamon