Comment croissent les nanoparticules dans les fibres optiques
Publié par Adrien le 13/01/2020 à 08:00
Source: CNRS INP
À l'aide d'une sonde atomique tomographique, des physiciens et des physiciennes ont mis en évidence le changement de composition de nanoparticules au fur et à mesure de leur croissance dans une fibre optique dopée en ions de terres rares.


(a) Nanoparticules observées par TEM. La taille des particules varie entre quelques nm et 200 nm.
(b) Figure de diffraction (La diffraction est le comportement des ondes lorsqu'elles rencontrent un obstacle qui ne leur est pas complètement transparent ; le phénomène peut être interprété par la diffusion d'une onde par les points de l'objet. La...) mesurée par SAED sur les nanoparticules montrant qu'elles sont amorphes.
(c) Cartographie (La cartographie désigne la réalisation et l'étude des cartes géographiques. Le principe majeur de la cartographie est la représentation...) 2D de la composition chimique mesurée par sonde atomique tomographique (La Sonde atomique tomographique est une technique d'analyse qui entre dans la catégorie plus vaste des microscopes à effet de champ (field emission microscope) et...) (APT) ; seuls le Mg (en rose) et l'O (en bleu) sont représentés.
(d) Volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) extrait du coeur de la fibre optique (Une fibre optique est un fil en verre ou en plastique très fin qui a la propriété de conduire la lumière et sert dans les transmissions terrestres et océaniques de données. Elle offre un débit...) analysé par APT.

Les fibres optiques contenant des nanoparticules d'oxyde (Un oxyde est un composé de l'oxygène avec un élément moins électronégatif, c'est-à-dire tous sauf le fluor. Oxyde désigne...) dopées d'ions de terres rares (Les terres rares sont un groupe de métaux aux propriétés voisines comprenant le scandium 21Sc, l'yttrium 39Y et les quinze lanthanides.) suscitent un vif intérêt car elles permettraient de contrôler "à façon" les propriétés de luminescence (La luminescence est une émission de lumière dite "froide", par opposition à l'incandescence qui elle est chaude.) en adaptant la composition des nanoparticules. La caractérisation de ces nanoparticules amorphes est donc primordiale si l'on veut maîtriser l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un...) des propriétés de ces fibres. Pour la première fois, une équipe de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne également le...) internationale menée par un chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de...) de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et...) de Nice (INPHYNI, CNRS/Univ. Côte d'Azur) a mis en évidence un lien direct entre la composition de nanoparticules de silicates de magnésium (entre 2 et 20 nm), formées par séparation (D'une manière générale, le mot séparation désigne une action consistant à séparer quelque chose ou son résultat. Plus particulièrement il est employé dans plusieurs domaines :) de phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) dans les fibres optiques, et leur taille. Par exemple, une nanoparticule de 2 nm de rayon contient environ 2,5 % de magnésium, contre 5 % si le rayon est de 6 nm. Ce résultat a été obtenu grâce à l'utilisation d'une sonde (Une sonde spatiale est un vaisseau non habité envoyé par l'Homme pour explorer de plus près des objets du système solaire et, pour certaines, l'espace qui est au-delà. Cela couvre à la fois les mesures in...) atomique tomographique, en collaboration avec la société CAMECA. Des simulations par dynamique moléculaire (Une simulation de dynamique moléculaire consiste à calculer l'évolution d'un système de particules au cours du temps. Ces simulations servent de modèles structuraux et dynamiques pour la...) montrent que ces changements de composition entraînent des modifications de l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux...) local chimique des ions de terres rares.

Il en découle plusieurs conséquences importantes concernant les propriétés optiques des fibres dopées. Jusqu'à présent, on considérait que les nanoparticules devaient être les plus petites possibles afin de limiter les pertes par diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de « distribution », de « mise à disposition » (diffusion d'un produit, d'une information), voire de...) de lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière est intimement liée...). Ces résultats remettent en cause cette doxa en montrant que les plus petites nanoparticules ont des compositions proches de celle de la matrice dont est issue la fibre (Une fibre est une formation élémentaire, végétale ou animale, d'aspect filamenteux, se présentant généralement sous forme de faisceaux.), et ne sont donc pas "utiles" pour modifier les propriétés de luminescence des ions de terres rares. Par ailleurs, un changement de composition devrait s'accompagner d'une modification de l'indice de réfraction (L'indice de réfraction provient du phénomène de réfraction qui désigne le changement de direction de la lumière au passage d'un milieu à un autre. La notion d'indice a d'abord...) des particules en fonction de leurs tailles. Or, jusqu'à maintenant, les modèles de diffusion de lumière tels que la diffusion Rayleigh (La diffusion Rayleigh est un mode de diffusion des ondes (par exemple électromagnétiques ou sonores) dont la longueur d'onde est très supérieure à la...) ne considèrent qu'un seul indice de réfraction (En physique des ondes — notamment en optique, acoustique et sismologie — le phénomène de réfraction est la déviation d'une onde lorsque la vitesse de celle-ci change entre...) pour les nanoparticules, quelle que soit leur taille. Enfin, une question cruciale concerne la croissance des nanoparticules et la formation de nanocristaux. Il s'agit de savoir si les premiers germes sont amorphes ou déjà cristallins. Grâce à ces résultats, nous déduisons que les premiers germes amorphes peuvent grossir tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) en changeant de composition, jusqu'à obtenir celle nécessaire à la cristallisation.

Références:
Compositional Changes at the Early Stages of Nanoparticles Growth in Glasses. Wilfried Blanc (Le blanc est la couleur d'un corps chauffé à environ 5 000 °C (voir l'article Corps noir). C'est la sensation visuelle obtenue avec un spectre lumineux continu, d'où l'image que l'on en donne...), Isabelle Martin, Hugues François-Saint-Cyr, Xavier Bidault, Stephane Chaussedent, Chrystel Hombourger, Sabrina Lacomme, Philippe Le Coustumer, Daniel R Neuville, David Larson, Ty J Prosa, Christelle Guillermier. The Journal of Physical Chemistry, le 4 novembre 2019.
DOI: 10.1021/acs.jpcc.9b08577.
Page générée en 0.741 seconde(s) - site hébergé chez Amen
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
Ce site est édité par Techno-Science.net - A propos - Informations légales
Partenaire: HD-Numérique