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La couleur de l’argent


La couleur de l'argent

J. Nelayah, M. Kociak, O. Stéphan, J. Garcia de Abajo, L. Henrard, I. Pastoriza-Santos, L. Liz-Marzan, C. Colliex
Nature Physics (1er avril 2007)
http://www.nature.com/nphys/journal...

Si une fourchette en argent reflétant de la lumière apparaît grise, ou une bague en or est dorée, les vitraux des églises présentent toute une gamme de couleurs, alors qu’ils sont également constitués d’or ou d’argent. La différence provient du fait que le métal utilisé ne se présente pas sous la même forme : film continu dans le premier cas, nanoparticule dans le deuxième. Cet effet est connu empiriquement depuis l’antiquité, et décrit théoriquement depuis un siècle : lorsque des particules métalliques ont des dimensions inférieures à la longueur d’onde de la lumière les éclairant (typiquement, quelques centaines de nanomètres), la couleur de ces particules dépend de leur taille et de leur forme. Pour le comprendre, on peut faire l’analogie avec une corde à piano. Pour une tension sur la corde donnée, la note produite en faisant vibrer la corde dépend de sa longueur : plus la corde est courte, plus elle vibre vite : le son, qui est dû aux vibrations de l’air qui parviennent à notre oreille est aigu. Pour les nanoparticules, c’est la même chose, si on envoie une onde électromagnétique (la lumière) sur une nanoparticule, la première va faire “vibrer” la seconde. Ces vibrations un peu particulières du champ électromagnétique sont appelées « plasmons de surface. » Tout comme dans le cas de la corde, plus la nanoparticule sera petite, plus rapide seront les vibrations électromagnétiques, et plus bleue sera la couleur de la nanoparticule. On comprend donc que la couleur d’une nanoparticule dépende de sa taille. De plus, les nanoparticules peuvent avoir des formes différentes, bi ou tridimensionnelles (sphères, cube, triangles plans...), et possèdent alors plusieurs vibrations caractéristiques, c’est-à-dire plusieurs couleurs. Si on comprend bien que la couleur résultante de la nanoparticule, vue de loin, sera un mélange des différentes couleurs, qu’en est-il si on essaye de regarder à la surface des nanoparticules : peut-on attribuer une couleur différente à différentes parties de la nanoparticule ? Cette question est moins innocente qu’elle n’en a l’air, puisque le concept de couleur est en général bien défini pour des dimensions supérieures à la longueur d’onde. Pour répondre à cette question, nous avons effectué des mesures de spectroscopie de pertes d’énergie électronique dans un microscope électronique à balayage en transmission sur des nanoparticules d’argent individuelles. Nous avons d’abord montré qu’il était possible de mesurer la couleur de ces nanoparticules avec une résolution jamais atteinte (au moins 100 fois supérieure à la longueur d’onde). De plus, nous avons montré que les couleurs se répartissaient différemment sur la surface des nanoparticules (voir figure). Ce travail, issu d’une collaboration européenne mêlant une équipe espagnole pour la fabrication des échantillons, une équipe française pour les expériences et deux équipes (l’une belge, l’autre espagnole) pour la théorie, ouvre une voie nouvelle et prometteuse pour la caractérisation des structures utilisées dans le domaine émergent de la « nano-plasmonique ».


Figure 1 : Superposition des cartes des couleurs absorbées par une nanoparticule d’argent triangulaire (schématisée par le trait noir).

Ce travail a été en partie financé par : le Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) à travers l’ACN NR131, le ministère espagnol de l’éducation et de la recherche (Projet No. MAT2004-02991), le programme européen No. STRP-016881-SPANS, le Fond National de la recherche Scientifique (FNRS) belge, et le projet interuniversitaire belge PAI-IUAP 5/01

http://www2.cnrs.fr/presse/communiq...


Contacts :
Mathieu Kociak,

kociak@lps.u-psud.fr

01 69 15 53 61
Odile Stéphan

stephan@lps.u-psud.fr

01 69 15 53 69
Laboratoire de Physique des Solides

Univ Paris Sud-CNRS, UMR 8502

91405 Orsay cedex