​La plasmonique est une branche émergente de la photonique qui utilise des nanostructures et des surfaces métalliques pour contrôler la lumière à des échelles inférieures à la longueur d'onde. Dans cette étude, l'objectif est plutôt de combiner les propriétés d'absorption optique de colorants organiques avec les oscillations collectives d'électrons d'une surface cristalline d'or (plasmons) pour développer de nouveaux composants actifs – sources ou amplificateurs.

Les chercheurs ont réussi à former par auto-assemblage une couche dense et ordonnée de molécules fluorescentes. Celles-ci sont ici adsorbées directement sur la surface métallique et non pas incorporées par dopage dans un polymère. La configuration obtenue favorise un mode d'excitation collectif de paires électron-trou appelé exciton. Celui-ci donne naissance à une bande d'absorption de faible largeur spectrale dont la longueur d'onde coïncide avec celle des plasmons de surface dans l'or.

L'émission de luminescence, quant à elle, se trouve légèrement décalée en énergie par rapport à l'absorption initiale et ne peut donc pas être réabsorbée par le film moléculaire, ce qui empêche l'émission induite et donc la génération d'un faisceau cohérent. Le couplage fort observé entre les molécules et les plasmons de surface présente cependant un grand intérêt fondamental et appliqué en photonique : en particulier, l'analyse de l'émission spontanée permet de clarifier la physique en jeu dans ces interactions – un sujet débattu actuellement pour la réalisation de sources cohérentes nanométriques.

Ces travaux ont été réalisés en collaboration avec le Centre de nanosciences et nanotechnologies C2N (CNRS, Université Paris-Saclay).