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Synthèse et caractérisation optique de nano-objets couplés à un matériau thermochrome

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Morris, Benedict (2023). Synthèse et caractérisation optique de nano-objets couplés à un matériau thermochrome Mémoire. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique / Université de Toulouse III - Paul Sabatier, Maîtrise en sciences de l'énergie et des matériaux, 162 p.

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Résumé

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Les nanoparticules métalliques présentent un comportement de résonance électronique nommé Localised Surface Plasmon Resonance (LSPR). Cela donne lieu à une absorption résonante, dépendante notamment de l’environnement de ces nanoparticules. Les matériaux thermochromes présentent une modulation de leurs propriétés optiques en fonction de la température. Le dioxyde de vanadium, un matériau à transition de phase, présente une modulation non seulement de ses propriétés optiques mais également de ses propriétés électriques et cristallines. Cette transition s’effectue à la température TMIT=68°C pour le VO2 pur, et TMIT=25°C pour le VO2 dopé à 2% de tungstène (W2%V98%02). Le couplage de nanoparticules avec un matériau qui voit ses propriétés changer en fonction de la température permet de créer des metasurfaces pouvant être précisément contrôlés. Pour cela, une bonne compréhension des propriétés optiques du VO2 sont nécessaires. Dans ce travail, les propriétés optiques dépendantes de la température et de l’épaisseur de la couche mince ont été étudiés par ellipsométrie spectroscopique. Les résultats ont été analysés en parallèle de caractérisations structurelles et électroniques afin de tirer des conclusions sur les origines physiques de ces propriétés. Les résultats ont ensuite été utilisés afin de simuler la réponse optique de metasurfaces innovants utilisant des nanoparticules de VO2.

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Metal nanoparticles exhibit an electronic resonance behaviour known as Localised Surface Plasmon Resonance (LSPR). This gives rise to resonant absorption that depends, amongst other things, on the environment of the nanoparticles. Thermochromic materials exhibit modulation of their optical properties as a function of temperature. Vanadium dioxide (VO2), a phase transition material, shows modulation not only of its optical properties, but also in its electrical and crystalline properties. This phase transition occurs at the temperature TMIT=68°C for pure VO2, and TMIT=25°C for VO2 doped with 2% tungsten (W2%V98%O2). Coupling nanoparticles with a material that sees its properties change as a function of temperature makes it possible to create metasurfaces that can be precisely controlled. This requires a good understanding of the optical properties of VO2. In this work, the temperature and thickness dependent optical properties of the thin film were studied using spectroscopic ellipsometry. The results were analysed in parallel with structural and electronic characterisations to draw conclusions about the physical origins of these properties. The results were then used to simulate the optical response of innovative metasurfaces using VO2 nanoparticles.

Type de document: Thèse Mémoire
Directeur de mémoire/thèse: Charker, Mohamed
Co-directeurs de mémoire/thèse: Palpant, Bruno
Mots-clés libres: Résonance Plasmon de Surface Localisé (LSPR) ; Dioxyde de Vanadium (VO2) ; Ellipsométrie Spectroscopique (SE) ; Dépôt par ablation LASER Pulsé (PLD) ; Localised Surface Plasmon Resonance (LSPR) ; Vanadium dioxide (VO2) ; Spectroscopic ellipsometry (SE) ; Pulsed LASER Deposition (PLD)
Centre: Centre Énergie Matériaux Télécommunications
Date de dépôt: 19 déc. 2023 20:22
Dernière modification: 19 déc. 2023 20:59
URI: https://espace.inrs.ca/id/eprint/13808

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