Cartographier la luminescence de dipôles électriques et magnétiques à l’échelle nanométrique

Dans les expériences habituelles de fluorescence, l’émission de lumière provient de transitions dipolaires électriques. Des chercheurs du LPEM et de l’Institut Langevin de l’ESPCI ont récemment étudié les propriétés d’émission de nanomatériaux dont la fluorescence provient de transitions dipolaires à la fois électriques et magnétiques. Ils ont observé que le spectre d’émission de ces particules pouvait être ajusté en fonction de l’environnement local structural ou diélectrique.

Les nanoparticules, synthétisées à l’ENSCP, contiennent des ions europium (Eu3+) insérés dans une matrice cristalline de fluorure (KYF). Après une excitation dans le vert, les ions europium émettent de la lumière à différentes longueurs d’onde discrètes entre 580 et 710 nm, qui provient de transitions liées à des dipôles électriques ou magnétiques. La lumière émise par un dipôle magnétique a une polarisation différente de celle émise par un dipôle électrique. Ainsi, en approchant la particule d’une surface réfléchissante, certaines raies d’émission sont exaltées ou diminuées selon leur origine.

Une nanoparticule individuelle (diamètre 200nm) a été collée à l’extrémité d’une pointe de tungstène et approchée d’un miroir en or. Comme illustré dans la figure ci-dessous, le pic de fluorescence à 580 nm (transition magnétique) n’a pas le même comportement que ceux à 610 et 700 nm (transitions électriques). L’importance relative de ces pics dépend fortement de la distance entre la particule et la surface. Il est ainsi possible de modifier la « couleur » de la particule en changeant son environnement local. De même, les images ci-dessous montrent l’importance relative des transitions magnétiques et électriques en fonction de la position de la particule autour d’une bande d’or. A différentes positions, la particule apparaît orange ou rouge selon que les transitions électriques ou magnétiques dominent. Ces résultats sont en excellent accord avec les simulations numériques et montrent qu’il est possible de régler les propriétés spectrales de nanoparticules dans des environnements inhomogènes.

Contacts :
L. Aigouy (LPEM/ESPCI)
A. Cazé (University of Michigan ; Institut Langevin/ESPCI) et R. Carminati (Institut Langevin/ESPCI)
P. Gredin et M. Mortier (IRCP/ENSCP)

Publication :
Phys Rev. Lett.113, 076101 (2014)

http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.113.076101

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