AMPHI 25
Caterina Tosarelli, doctorante dans l’équipe Physico-chimie et dynamique des surfaces
Propriétés structurales et optiques de réseaux orientés de nanoparticules d’or confinées dans les défauts topologiques d’un film de cristal liquide smectique
L’organisation contrôlée de nanobâtonnets d’or constitue un défi majeur dans la conception de matériaux nanocomposites fonctionnels, en particulier lorsque l’on cherche à imposer une orientation unique et prédéfinie des assemblages. Dans ce contexte, les cristaux liquides smectiques, caractérisés par leur organisation lamellaire et leurs défauts topologiques intrinsèques, offrent un système modèle idéal pour étudier les effets de confinement et l’auto-assemblage directionnel. Cette thèse explore l’organisation de nanobâtonnets d’or au sein de films de cristal liquide smectique, dans le but de contrôler l’orientation et les dimensions de leurs assemblages et d’examiner l’impact de ces paramètres sur leurs propriétés optiques.
En combinant diffusion des rayons X, mesures d’absorption et simulations numériques, ce travail fournit une caractérisation complète et détaillée des composites obtenus. L’analyse révèle que la géométrie des défauts smectiques est effectivement transmise aux assemblages de nanobâtonnets, conduisant à un ordre orientationnel robuste et prévisible. Par ailleurs, les résultats montrent que la concentration en nanobâtonnets joue un rôle fondamental dans la détermination de la taille et de la morphologie des assemblages, pouvant même stabiliser une hiérarchie dans le remplissage des défauts. Les résultats soulignent également l’intérêt d’utiliser les nanoparticules comme sondes locales pour explorer des propriétés du film smectique autrement inaccessibles.
Dans l’ensemble, cette thèse démontre que les films de cristal liquide smectique constituent un gabarit efficace pour diriger l’organisation de nanoparticules, permettant un contrôle précis de l’orientation et de la structuration grâce à l’ingénierie des défauts et à l’ajustement de la concentration. Ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives pour la conception de matériaux hybrides hiérarchiquement ordonnés et pour le développement de systèmes plasmoniques réactifs, tels que des cavités plasmoniques formées entre les pointes de nanobâtonnets couplés en configuration bout-à-bout.
Structural and optical properties of oriented networks of gold nanoparticles confined into the topological defects of a smectic liquid crystal film
The controlled organization of gold nanorods is a central challenge in the design of functional nanocomposite materials, particularly when a unique, predefined orientation of the assemblies is required. In this context, smectic liquid crystals, with their lamellar organization and inherent topological defects, provide an ideal model system for investigating confinement effects and directional self-assembly. This thesis explores the organization of gold nanorods within smectic liquid crystal films, with the aim of controlling their assembly in orientation and dimension and investigating how these parameters affect their optical properties.
By combining X-ray scattering, absorption measurements, and numerical simulations, this work provides a comprehensive and detailed characterization of the resulting composites. The analysis reveals that the geometry of the smectic defects is effectively transmitted to the nanorod assemblies, leading to robust and predictable orientational ordering. Moreover, the results show that nanorod concentration plays a fundamental role in dictating the size and the morphology of the assembly, possibly stabilizing a hierarchy in the filling of the defects. The results show as well the interest in using nanoparticles to investigate properties of the liquid crystal film that cannot be directly probed.
Overall, this thesis demonstrates that smectic liquid crystal films constitute an efficient template for directing nanoparticle arrangement, enabling precise control over orientation and organization through defect engineering and concentration tuning. These findings offer new insights into the design of hierarchically ordered hybrid materials and open avenues for the development of responsive plasmonic systems, for example exploiting plasmonic cavities formed between the tips of nanorods coupled in an end-to-end configuration.
Jury
- Lise-Marie LACROIX – Professeur, Université de Toulouse – Rapportrice
- Jongwook KIM – Maître de conférences, École Polytechnique – Rapporteur
- Sébastien BIDAULT – Directeur de recherche, CNRS – Examinateur
- Olivier PLUCHERY – Professeur, Sorbonne Université – Examinateur
- Mona TRÉGUER-DELAPIERRE – Directrice de recherche, Université de Bordeaux – Co-directrice de thèse
- Emmanuelle LACAZE – Directrice de recherche, CNRS – Directrice de thèse
