Détection sensible et sélective de composés organophosphorés par spectroscopie infrarouge exaltée par effet de surface
Langue Anglais
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Auteur : Fehlen, Pierre
Date de soutenance : 23-10-2023

Directeur(s) de thèse : Spitzer, Denis - Taliercio, Thierry

Établissement de soutenance : Strasbourg
Laboratoire : Nanomatériaux pour les systèmes sous sollicitations extrêmes (Strasbourg)
École doctorale : École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....)
 
Discipline : Chimie physique
Classification : Physique, Chimie, minéralogie, cristallographie

Mots-clés libres : Plasmonique, Détection de gaz, Spectroscopie infrarouge, Semi-conducteurs III-V, Nano-antennes, Simulations électromagnétiques, Composés organophosphorés, Epsilon-proche-de-zéro
Mots-clés :
  • Phosphore -- Composés organiques
  • Résonance plasmonique de surface
  • Spectroscopie infrarouge
Résumé : Les agents chimiques de guerre comme les composés organophosphorés (dont le sarin), sont extrêmement dangereux pour l’humain à de très faibles concentrations. Malgré la convention sur l’interdiction des armes chimiques (1997), leur usage persiste et ce faisant ils représentent une menace importante envers les populations civiles et militaires. Dans ce travail, nous proposons un nouveau capteur plasmonique basé sur l’absorption infrarouge exaltée de surface (SEIRA) à partir de semi-conducteurs III-V. La combinaison de la sensibilité et de la sélectivité exaltées, respectivement par les effets plasmoniques et la spectroscopie des modes vibrationnels caractéristiques dans l’infrarouge, associé à la compatibilité CMOS et l’industrie mature des semi-conducteurs, ouvre de nouvelles perspectives pour la détection de molécules dangereuses. De plus, cette solution innovante implémente un matériau ϵ-near-zero (ENZ), une classe émergente de matériaux pour améliorer l’interaction lumière-matière ainsi que le contrôle sur la réponse optique d’une structure plasmonique. Tirant avantage de la structure reconnue métal-isolant-métal, nous avons conçu un dispositif métal-ENZ-métal pour l’étude des phénomènes basés sur l’ENZ et la détection de composés organophosphorés en phase gazeuse. Ces composants ont été employés pour détecter le méthylphosphonate de diméthyle (DMMP), simulant du sarin. Les capteurs conçus et fabriqués ont montré un temps de réponse de 5 minutes et leur sélectivité fut éprouvée avec du benzène et du méthane. Nous avons démontré la détection de DMMP avec une concentration minimale de 100 ppm. Nous avons identifié que le capteur est sensible à la formation d’une monocouche de 5 Å de DMMP adsorbé en surface du capteur par le biais de son oxyde natif, preuve que le capteur puisse être sensible à de très faibles concentrations.
 
Type de contenu : Text
Format : PDF
 
Entrepôt d'origine : STAR : dépôt national des thèses électroniques françaises
Identifiant : 2023STRAE028
Type de ressource : Thèse