Nanosphere Lithography for Plasmonic Nanostructures in Advanced Optical Coatings, from Simulation to Fabrication

Les couleurs sont partout dans notre quotidien et sont importantes dans de nombreuses applications industrielles. Aujourd'hui, la plupart sont générées à partir de pigments et de colorants, mais ceux-ci présentent de nombreux inconvénients. Dans le cadre d'un travail commun entre nos partenaires industriels et le Laboratoire des Revêtements Fonctionnels et d’Ingénierie des Surfaces (LaRFIS), le mandat de ce projet a été défini afin de développer une nouvelle approche pour générer des couleurs et filtrer certaines longueurs d’onde basées sur des effets plasmoniques pour les lentilles ophtalmiques et le verre architectural. Cette approche se concentre sur la production de nanostructures métalliques interagissant avec la lumière incidente afin de filtrer les longueurs d’onde voulues. La méthode de production à grande échelle et peu coûteuse qui a été choisie pour réaliser les structures hautement ordonnées fut la lithographie par nanosphères. En effet, à travers l’approche Langmuir-Blodgett des masques uniformes sur de grande surface permet de générer diverses nanostructures (par exemple, des nanotriangles et des nanotrous) après déposition et décollage du polymère. La méthode de calcul par différences finies dans le domaine temporel (FDTD en anglais) pour la simulation de leur réponse optique fût aussi utilisée pour prédire la réponse optique de ces structures. Deux aspects principaux des réseaux de nanotrous produits ont été étudiés : leur morphologie, en particulier l'uniformité du masque, et leur réponse optique, en particulier l'intensité et l'étroitesse du pic de résonance de plasmons de surface localisée (LSPR en anglais) présent dans leur spectre de transmission permettant la génération de couleurs. Mon travail au laboratoire a permis de produire plusieurs résultats. Une analyse exhaustive du comportement optique attendus des couches d'argent nanostructurées a été réalisée en fonction de l'épaisseur de dépôt, la taille des trous et leur périodicité à l'aide de simulations FDTD. La méthodologie Langmuir-Blodgett a été développée permettant la production de masques sacrificiels. En effet, cette méthode est décrite dans la littérature comme étant difficile à transférer d’un laboratoire à un autre, puisque qu’elle dépend de l’arrangement naturel de nanosphères à la surface de l’eau. Il a donc fallu optimiser minutieusement les différents paramètres expérimentaux pour produire des masques uniformes.