Lorsqu'une molécule rencontre un photon
Une loupe peut enflammer un morceau de papier en concentrant les rayons du soleil. La fibre optique peut guider la lumière et transmettre les informations à longue distance. La progression des techniques d'instrumentation et d'expérimentation a ouvert une fenêtre sur le monde quantique, facilitant l'étude des interactions entre la matière et la lumière, et bien d'autres choses encore. Dernièrement, on a constaté que l'interaction de la lumière avec des nanoparticules de métal pouvait induire l'oscillation collective d'électrons, conduisant à des résonances localisées de plasmons de surface. Des chercheurs ont lancé le projet 1MOLECULENEARPLASMON («Single-molecule spectroscopy in the near field of plasmonic metal nanoparticles»), financé par l'UE, pour poser les bases en vue de manipuler un photon avec une molécule. Ils ont cherché à mettre au point une spectroscopie monomoléculaire avec des nanomatériaux spéciaux (plasmoniques), qui exploitent les ondes électromagnétiques produites par le couplage avec la lumière incidente. Les chercheurs ont conçu et réalisé le dispositif nécessaire pour observer les modifications du couplage d'une antenne plasmonique avec une seule molécule, dans un solide, à des températures très basses. La conduite d'expériences à des températures très basses est difficile mais s'affranchit des limitations majeures des tests similaires à température normale. En effet, les températures plus élevées agitent les molécules ce qui rend bien plus difficile et inexacte la mesure du couplage. En outre, chaque antenne ne peut interagir qu'avec une seule molécule, contre plusieurs à basse température, ce qui permet de comparer l'effet de l'antenne à des positions différentes. Enfin, la décoloration résultant du mouvement des molécules est éliminée à basse température, ce qui préserve les propriétés optiques. Le projet 1MOLECULENEARPLASMON sur deux ans a mis au point la configuration expérimentale sophistiquée requise pour la spectroscopie monomoléculaire à basse température, et sélectionné le système hôte-invité ainsi qu'une nanoantenne prometteuse. Il a conduit les premières expériences de spectroscopie. La poursuite des travaux devrait aboutir à des résultats pionniers dans le domaine de la plasmonique et des antennes optiques, améliorant l'efficacité des interactions entre la lumière et la matière.
Mots‑clés
Photons, nanoparticules de métal, spectroscopie monomoléculaire, plasmonique, antenne, cryogénie
