Traitement théorique des capteurs à base de la résonance des plasmons de surface en configuration bimétallique

Abstract

Actuellement, il existe une forte demande de dispositifs de détection chimique et biologique performants et à faible coût. Les capteurs à base de la résonance des plasmons de surface (SPR) peuvent répondre à ces exigences à condition que leur performance soit améliorée. L’objectif de ce mémoire s’inscrit dans l’amélioration de la performance des capteurs à effet SPR en utilisant la modélisation et la simulation numérique. Pour atteindre cet objectif, nous avons proposé deux nouvelles configurations plasmoniques. La première configuration est constituée d’un film bimétallique d’argent et d’or pris en sandwich entre deux milieux diélectriques d’indices de réfraction différents tels que MgF2 (n=1.37) et l’eau (n=1.33). Les résultats de simulation numérique ont montré qu’une optimisation des paramètres géométriques et optiques ajustables de la configuration proposée permet, d’une part, l’excitation simultanée de trois modes plasmons dont un mode de détection et deux modes de référence et d’autre part, l’excitation du mode plasmons de surface à longue portée (LRSP). Dans la deuxième configuration nous avons exploité les propriétés physiques du graphène comme une couche protectrice dans la configuration Kretschmann à base d’argent. L’originalité de notre configuration consiste à remplacer la couche d’or, usuellement utilisée, par une couche de graphène. Les résultats obtenues ont montré que l’intensité du champ électrique de l’onde évanescente dans la configuration proposée est plus forte que celle dans la configuration Kretschmann à base d’un film bimétallique (Ag/Au). Une augmentation d’intensité du champ évanescent implique une pénétration plus prononcée dans le milieu d’analyse et augmente ainsi la zone de détection. Finalement, les caractéristiques de performance de chaque configuration ont été déterminées. Ces caractéristiques mettent en évidence la capacité de nos configurations à répondre aux attentes dans des domaines aussi variés que la santé, la sécurité et l’environnement.