Shedding Light on the Resonant Energy Transfer between Metal and Fluorophores : Looking for Lost Photons

La nano-optique ouvre des portes à de nouvelles technologies afin de développer de nouveaux moyens de détections. L’avantage d’utiliser ce type de technologie provient de la taille nanométrique où les propriétés de la matière sont différentes de celle à l’état macroscopique. Notamment, lors de l’excitation de nanoparticules métalliques par des photons, il y a une oscillation harmonique du nuage électronique des électrons de surface formant ainsi un plasmon. La résonance plasmon peut interagir avec la matière à proximité. Par exemple, lorsqu’un fluorophore organique est placé à proximité du plasmon, il peut y avoir un couplage entre les dipôles des deux entités pouvant produire un transfert d’énergie. Dans certains cas, la particule peut absorber cette énergie et la redistribuer dans ses différents canaux de désexcitation radiatifs ou non. Dans ce projet, des nanoparticules composées d’un cœur de silice, d’une coquille d’or et d’une couche de silice externe ont été synthétisées. En dopant la silice des différentes couches avec deux types de fluorophores organiques, il sera possible d’étudier les différents modes de désexcitation du plasmon des nanocoquilles d’or. Les propriétés spectroscopiques des fluorophores tels le taux d’émission et le temps de vie de fluorescence sont influencés par les propriétés du plasmon. En étudiant ceux-ci en fonction de leur emplacement au sein de la structure, nous serons en mesure de décrire les qualités du plasmon des particules synthétisées par voie chimique.Nano-optics is a gateway for new technologies that helps developing new detection methods. The advantage of using this type of technology comes from the nanometric scale where the properties of materials are different from that of the macroscopic state. For instance, when a metallic nanoparticle is excited by photons, there is a harmonic oscillation of the electron cloud of the surface’s electrons thus forming a plasmon. This oscillator can interact with its surrounding medium. As it is when a dye molecule is placed in the vicinity of the plasmon, there's a coupling between the dipoles of the two entities allowing energy transfers. In some case, the particle can redistribute this energy through different channels of de-excitation leading to radiative and non-radiative path. In this project, the nanoparticles synthesized have a silica core with a gold shell topped with a silica layer. To study the plasmon's de-excitation paths in the gold nanoshell, we have doped the silica core and shell with two kinds of fluorescent molecules. The interaction between the fluorophores and the plasmon can be seen by the modification of the spectroscopic properties of the dyes such as the emission rate and the fluorescence lifetime. By studying these according to their location within the structure, we will be able to describe the plasmon’s attributes of the chemically synthesized particles