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D. Ricard
ces métaux sont utilisés depuis des siècles dans l’art du vitrail. On sait également fabriquer
des colloïdes de matériaux II-VI tels que CdS, toujours par réaction chimique. Les techniques
s’étant affinées, on sait maintenant contrôler la taille de ces nanocristaux et aussi préparer des
colloïdes de matériaux III-V. On sait également protéger la surface des particules en y attachant des molécules organiques. On peut enfin préparer des verres contenant des particules de
matériaux II-VI ou I-VI1 en mélangeant les composants du semi-conducteur (Cd et Se par
exemple) au verre à haute température. Le verre en fusion est alors refroidi rapidement. On
procède enfin à la croissance des cristaux par traitement thermique à une température de 500 à
700 OC. La taille moyenne est déterminée par la température et la durée du traitement.
2. MATÉRIAUX COMPOSITES ET EFFET DE CHAMP LOCAL
Nous discutons donc ici les propriétés de nanocristaux métalliques ou (et surtout) semiconducteurs, en particulier leurs propriétés optiques non linéaires. Ces nanocristaux sont
nécessairement dispersés dans un milieu diélectrique (verre, eau.. .) et l’ensemble forme un
matériau dit composite. De par la présence de l’interface entre nanocristaux et milieu hôte, un
matériau composite possède des propriétés différentes de celles de ses composants. Par
exemple, un verre dopé par des nanoparticules d’or présente un pic d’absorption dans le vert.
Ceci est dû à un effet de champ local. Les deux composants ont des permittivités différentes, E pour les cristallites et Ed pour la matrice diélectrique. 1 1 en résuite une différence
entre le champ électrique à l’intérieur d’une particule Ei, et le champ électrique régnant dans
le milieu environnant E. Pour des particules sphériques de taille petite devant la longueur
d’onde laser, on a la relation simple [ 13
Le facteur f = 3 ~ d / ( ~ + 2 ~ d )
joue le rôle d’un facteur de champ local macroscopique. I1 dépend
en général de la fréquence puisque E en dépend (alors que Ed est constant en bonne approximation). En particulier, s’il existe une fréquence pour laquelle la partie réelle du dénominateur
s’annule, alors le facteur f présente une résonance appelée résonance plasma de surface. Le
coefficient d’absorption contient le facteur f en module au carré et présente donc lui aussi une
résonance. Ainsi s’explique le pic d’absorption vers 530 nm pour un verre dopé par des
particules d’or [2]. Pour cette fréquence, les lignes de champ semblent attirées vers l’intérieur
de la sphère. On parle de confinement diélectrique.
Mais cet effet n’est réellement important que pour les métaux comme l’or ou l’argent. I1
peut néanmoins avoir une conséquence importante. En effet, le champ interne Ei, dépend de E
selon l’équation (1). Mais, par l’effet Kerr optique, &d dépend à son tour du champ interne.
Cette inter-relation peut conduire au phénomène de bistabilité intrinsèque, c’est-à-dire sans
cavité Fabry-Perot. Pour certaines valeurs de l’intensité incidente, donc de E, I’absorbance de
l’échantillon (par l’intermédiaire du facteur de champ local) peut prendre deux valeurs
différentes dépendant de l’histoire précédente de E. L’effet Kerr optique peut être très
important pour un cristallite semi-conducteur de CdS par exemple. Mais le facteur de champ
local reste faible pour une sphère de CdS et la bistabilité n’est alors pas observable. On peut
contourner la difficulté en fabriquant des nanosphères de CdS enrobées d’une coquille
d’argent. On combine alors la forte non-linéarité de CdS avec la résonance plasma de surface
D. Ricard
ces métaux sont utilisés depuis des siècles dans l’art du vitrail. On sait également fabriquer
des colloïdes de matériaux II-VI tels que CdS, toujours par réaction chimique. Les techniques
s’étant affinées, on sait maintenant contrôler la taille de ces nanocristaux et aussi préparer des
colloïdes de matériaux III-V. On sait également protéger la surface des particules en y attachant des molécules organiques. On peut enfin préparer des verres contenant des particules de
matériaux II-VI ou I-VI1 en mélangeant les composants du semi-conducteur (Cd et Se par
exemple) au verre à haute température. Le verre en fusion est alors refroidi rapidement. On
procède enfin à la croissance des cristaux par traitement thermique à une température de 500 à
700 OC. La taille moyenne est déterminée par la température et la durée du traitement.
2. MATÉRIAUX COMPOSITES ET EFFET DE CHAMP LOCAL
Nous discutons donc ici les propriétés de nanocristaux métalliques ou (et surtout) semiconducteurs, en particulier leurs propriétés optiques non linéaires. Ces nanocristaux sont
nécessairement dispersés dans un milieu diélectrique (verre, eau.. .) et l’ensemble forme un
matériau dit composite. De par la présence de l’interface entre nanocristaux et milieu hôte, un
matériau composite possède des propriétés différentes de celles de ses composants. Par
exemple, un verre dopé par des nanoparticules d’or présente un pic d’absorption dans le vert.
Ceci est dû à un effet de champ local. Les deux composants ont des permittivités différentes, E pour les cristallites et Ed pour la matrice diélectrique. 1 1 en résuite une différence
entre le champ électrique à l’intérieur d’une particule Ei, et le champ électrique régnant dans
le milieu environnant E. Pour des particules sphériques de taille petite devant la longueur
d’onde laser, on a la relation simple [ 13
Le facteur f = 3 ~ d / ( ~ + 2 ~ d )
joue le rôle d’un facteur de champ local macroscopique. I1 dépend
en général de la fréquence puisque E en dépend (alors que Ed est constant en bonne approximation). En particulier, s’il existe une fréquence pour laquelle la partie réelle du dénominateur
s’annule, alors le facteur f présente une résonance appelée résonance plasma de surface. Le
coefficient d’absorption contient le facteur f en module au carré et présente donc lui aussi une
résonance. Ainsi s’explique le pic d’absorption vers 530 nm pour un verre dopé par des
particules d’or [2]. Pour cette fréquence, les lignes de champ semblent attirées vers l’intérieur
de la sphère. On parle de confinement diélectrique.
Mais cet effet n’est réellement important que pour les métaux comme l’or ou l’argent. I1
peut néanmoins avoir une conséquence importante. En effet, le champ interne Ei, dépend de E
selon l’équation (1). Mais, par l’effet Kerr optique, &d dépend à son tour du champ interne.
Cette inter-relation peut conduire au phénomène de bistabilité intrinsèque, c’est-à-dire sans
cavité Fabry-Perot. Pour certaines valeurs de l’intensité incidente, donc de E, I’absorbance de
l’échantillon (par l’intermédiaire du facteur de champ local) peut prendre deux valeurs
différentes dépendant de l’histoire précédente de E. L’effet Kerr optique peut être très
important pour un cristallite semi-conducteur de CdS par exemple. Mais le facteur de champ
local reste faible pour une sphère de CdS et la bistabilité n’est alors pas observable. On peut
contourner la difficulté en fabriquant des nanosphères de CdS enrobées d’une coquille
d’argent. On combine alors la forte non-linéarité de CdS avec la résonance plasma de surface