Module expérimental "Nanoparticules"
Dans ce module expérimental, nous allons lever le voile sur l'énigme des couleurs des nanoparticules, c'est-à-dire des particules des tailles nanométriques. Les couleurs des nanoparticules, ou plus généralement leurs propriétés optiques, sont exploitées dans des disciplines aussi variées que la physique, la chimie, la biologie, et la médecine.
Ces couleurs ne correspondent pas en général à la couleur du matériau dont elles sont constituées. Pour donner un exemple, l'or sous sa forme macroscopique est jaune, mais les nanoparticules constituées d'or peuvent par exemple être rouges, vertes ou bleues. Il se trouve que c'est surtout la forme de ces nanoparticules, ainsi que dans une moindre mesure leur taille, qui déterminent leur couleur. On parle alors de "résonances plasmoniques". Nous allons étudier ce phénomène de manière expérimentale et le comprendre du point de vue théorique.
Mais les couleurs des nanoparticules peuvent également être dues à deux autres mécanismes, appelés "fluorescence" et "phosphorescence". La nanoparticule devient alors une source de lumière, et la couleur de cette lumière est souvent déterminée par le matériau avec lequel elle est dopée, c'est-à-dire dont elle ne contient qu'une petite quantité. Nous allons également étudier et comprendre ces phénomènes, et en explorer des applications.
Nous allons nous servir de différents instruments de recherche hautement performants dans ce module expérimental. Nous utiliserons par exemple un microscope électronique à balayage, capable de discerner des détails deux cents fois plus petits que le microscope optique et de faire une étude chimique des matériaux sans contact. Nous découvrirons également le microscope électronique en transmission, capable de visualiser les atomes dans le matériau étudié ainsi que leur arrangement. Ces instruments sont indispensables pour l'étude du monde nanométrique (les nanosciences) et pour le développement des applications à l'échelle du nanomètre (la nanotechnologie) qui sont deux domaines au cœur de la recherche actuelle.
Figure 1 : La résolution en imagerie du microscope électronique en transmission peut atteindre la résolution atomique. L'image montre des colonnes atomiques (taches blanches) dans une nanoparticule métallique (échelle : approximativement 8nm x 8nm).
Figure 2 : Trois flacons avec des solutions des nanoparticules métalliques. Les couleurs de ces nanoparticules sont différentes des couleurs des métaux dont elles sont constituées.