Étude des effets environnementaux sur les modes acoustiques confinés de nanoparticules par diffusion inélastique de la lumière

Au cours des vingt dernieres annees, la diffusion inelastique de la lumiere par les modes propres de vibration des nanoparticules, appeles modes de Lamb, s’est averee etre une methode tres efficace pour caracteriser la taille et les proprietes mecaniques des nano-objets. La frequence de resonance d’une nano-sphere, dans la gamme du gigahertz, est donnee, en premiere approximation, par le ratio de la vitesse acoustique du materiau massif et la taille du confinement. Les raffinements du modele theorique permettent d’obtenir, a partir de ces modes de vibration, des informations essentielles sur la geometrie et l’environnement local des nano-objets. L’objectif de cette these est de sonder le domaine de validite du modele de Lamb, d’analyser les differents impacts de l’environnement sur ces modes de vibration et de developper de nouvelles methodes pour les mesurer. Plusieurs aspects de l’interaction avec le milieu exterieur peuvent ainsi etre pris en consideration selon le type de systeme etudie. D’une part, la delocalisation de l’onde acoustique dans le cas de systemes cœur-coquille, qui est gouvernee par les impedances acoustiques respectives du cœur et de la coquille, et qui se traduit par un couplage mecanique. D’autre part, l’effet de masse inertielle induite par la presence de ligands organiques a la surface de la particule qui modifie la frequence de resonance. La validite de ces deux approches est ainsi discutee en fonction de la configuration des objets consideres, puis ces modeles theoriques sont appliques a des cas reels tels que des nanoparticules cœur-coquille et des nano-plaquettes de semi-conducteurs ou des agregats metalliques colloidaux. L’effet de masse inertielle s’avere non negligeable pour des objets de petites tailles et il est ainsi montre la faisabilite de realiser des nano-balances ultra-sensibles capable de sonder l’environnement proche des nano-objets. Par ailleurs, dans le cas des agregats d’or, cette approche permet de discuter les limites du modele de Lamb, base sur la theorie des milieux continus, sur des vibrations n’impliquant que six atomes. Ainsi, grâce a la spectroscopie Raman basses frequences, il apparait que les resultats experimentaux des vibrations de ces objets s’accordent a la fois avec l’approche des milieux continus en considerant l’effet de masse inertielle et aussi avec les calculs de dynamique moleculaire. Finalement, le developpement experimental d’un montage optique capable de mesurer ces modes Raman basses frequences sur une particule unique en milieu liquide est presente. Cette approche necessite de localiser une particule en milieu liquide a l’aide de nano-pinces plasmoniques puis d’exalter le signal Raman basses frequences en stimulant les modes de vibration par electrostriction. Les perspectives etant d’appliquer cette methode a l’etude de la dynamique vibrationnelle de nano-objet unique tel que des virus ou des proteines