Contrôle Optique du Mouvement Et de l’Organisation de Nanoparticules – COME-ON

L’objectif du projet COME-ON est de démontrer la possibilité d’utiliser la lumière pour contrôler le déplacement de nano-objets individuels via l’utilisation de molécules présentant des propriétés photomécaniques, telles que les dérivés d’azobenzène. En effet, l’isomérisation Trans-Cis de telles molécules est désormais bien connue pour donner lieu à des phénomènes de transport de matière photoinduit en milieu polymère, dont l’amplitude peut être considérable. Cependant de tels effets n’ont encore jamais été mis à profit pour initier et contrôler spatialement le mouvement de nano-objets.
Notre objectif majeur est d’étudier à l’échelle moléculaire les paramètres requis pour induire optiquement le mouvement de nanoparticules (NPs) et de façon ultime, contrôler la direction du déplacement des NPs de façon à pouvoir envisager à terme la réalisation d’assemblages définis.
Le projet rassemble 3 partenaires provenant de 3 Instituts de recherche différents et possédant des compétences complémentaires dans des domaines pluridisciplinaires, à savoir :
- Les techniques de microscopie à sonde locale pour la caractérisation des mouvements photoinduits à l’échelle des molécules et des nanoparticules : Microscopie à effet tunnel (STM) : Partenaire 1, CEA Saclay DSM-IRAMIS ; Microscopie optique en champ proche couplée à des mesures de topographie (SNOM-SFM, Partenaire 2 Laboratoire de Physique de la Matière Condensée, CNRS, Ecole Polytechnique) et Microscopie à force atomique (AFM, Partenaires 1 et 3 : Laboratoire PPSM de l’ENS Cachan).
- Les techniques de caractérisation d’ensemble, telles que la microscopie de fluorescence confocale (Partenaire 3)
- La photophysique (Partenaire 1) et la photochimie (Partenaire 3) de molécules et matériaux photochromes.
- La synthèse chimique et la fonctionnalisation de surface qui devraient impliquer à la fois le partenaire 2 et le partenaire 3.
Deux configurations seront étudiées pour la mise en mouvement des NPs : NPs dispersées dans une matrice photoactive ou NPs dispersées sur une surface. Préalablement à l’étude du mouvement photoinduit de NPs, nous étudierons la dynamique de photoisomérisation des molécules de façon à mieux comprendre les relations entre la structure de la molécule azo et ses propriétés photomécaniques dans un environnement donné. Un effort spécifique sera porté à la fonctionnalisation des molécules ou des NPs de façon d’une part à éviter tout problème d’agrégation et d’autre part à optimiser les interactions NP-azos. Le mouvement photoinduit des NPs sera caractérisé in-situ et en temps réel à différentes échelles depuis celle de la molécule, à celle de la NP et de la distance parcourue par la NP. Dans ce but, nous utiliserons différentes techniques de microscopie permettant à la fois des mesures d’ensemble et des mesures individuelles : microscopie confocale, microscopie en champ proche optique couplée à une détection de force de cisaillement (SNOM-SFM), microscopie à Force Atomique (AFM) et microscopie à effet tunnel (STM). Deux types de nanoparticules seront considérés selon les moyens de caractérisation envisagés : nanoparticules luminescentes (Quantum Dots ou NP de silice possédant un cœur luminescent) et nanoparticules métalliques (Or).