Le développement des nouvelles technologies, de l'informatique et d'internet ces dernières décennies s'est accompagné d'une demande croissante de supports de stockage de l'information. En particulier, le stockage optique de données. Les supports conventionnels (Cd-Rom, Blue-ray…), basés sur un stockage en surface du disque, ont atteint aujourd'hui leurs limites. Une nouvelle technologie en cours de développement, basée sur un stockage de données en trois dimensions, est une alternative prometteuse pour supplanter les supports conventionnels. Les matériaux doivent intégrer des entités aux propriétés photochromes (commutateur moléculaire) et d'absorption multi-photonique démontrées. Au cours de cette thèse, nous avons envisagé la synthèse de molécules fonctionnelles qui présenteraient ces deux caractéristiques. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à la synthèse et à l'étude comparative de complexes homo et hétéroleptiques de ruthénium présentant une certaine potentialité pour l'absorption à deux photons. Nous avons montré que ces systèmes étaient très actifs et qu'ils permettaient d'accueillir une entité photochrome sans perte des propriétés bi-photoniques. Nous avons par la suite étudié les propriétés en photochromisme de complexes de ruthénium tris-bipyridine originaux comprenant un motif azobenzène. La complexation au métal bouleverse profondément le photochromisme de l'azobenzène avec des caractéristiques cinétiques notablement différentes de celles des ligands. Enfin, nous avons étudié les propriétés de complexes hybrides composés de ligands pour l'absorption à deux photons et d'autres pour le photochromisme, ces composés sont actifs dans ces deux domaines. Nous discutons finalement du potentiel du comportement optique de films composés de ces complexes. Nous avons procédé à des essais préliminaires de modulation du signal SHG sur ces films. Nous souhaitons optimiser toutes les composantes du processus afin de déterminer le potentiel de ces composés en stockage optique de données. / The development of new technologies , computer and internet in recent decades has been accompanied by an increasing demand for media storage information. In particular , the optical data storage .Conventional media ( CD-ROM , Blu-ray ... ) based on a storage disk surface, have now reached their limits. A new technology being developed , based on a data storage in three dimensions, is a promising alternative to replace conventional materials. Materials must include entities for photochromic properties (molecular switch) and multi- photon absorption demonstrated. In this thesis , we considered the synthesis of functional molecules which present these two characteristics. As a first step , we are interested in the synthesis and comparative study of homo and heteroleptic ruthenium complex having a certain potential for two-photon absorption . We have shown that these systems were very active and they allowed to host a photochromic entity lossless bi- photonic properties. We then studied the properties of originals photochromic ruthenium tris- bipyridine containing an azobenzene motif. The metal complexing profoundly changes the photochromism of azobenzene with significantly different from those ligands kinetics . Finally, we studied the properties of hybrid complexes of ligands for the two-photon absorption and others to photochromism , these compounds are active in both areas. We finally discuss the potential of the optical behavior of compounds of these complex films. We conducted preliminary tests of the SHG signal modulation on these films. We want to maximize all components of the process to determine the potential of these compounds in optical data storage .

Cette thèse entre dans le contexte des études portant sur l’endommagement laser des optiques en silice utilisées sur le Laser MégaJoule (LMJ) au CEA/CESTA. L’étude par spectroscopie de luminescence des défauts présents dans les micro-fractures sous surfaciques des pièces de silice polie, supposés être à l’origine de l’amorçage de l’endommagement laser, a été choisie pour cette recherche. Les micros fractures étant difficiles à détecter, nous avons créé des fractures modèles en faisant des indentations dans la silice. Une comparaison des spectres de luminescence sous excitation à 325 nm, proche de la longueur d’onde utilisée sur le LMJ, entre les indentations et les dommages laser dont l’analyse a donné lieu à des interprétations indiscutables dans la bibliographie, est proposée. Des expériences de luminescence à basse température ou sur des pièces acidées sont présentées pour compléter les informations obtenues sur les différents défauts observés. / Defects present in subsurface damage, supposed to be possible damage precursors, have been studied by luminescence spectroscopy. Because of the difficulty to detect micro cracks, we have selected a model cracks based on indentations. Luminescence spectra performed under a 325 nm excitation wavelength (experimental condition close to that used on the LMJ) are be compared on indentation as well as laser damages. Luminescence experiments at low temperature and on etched samples are reported in order to complete data obtained for the different observed defects.

Les clustomésogènes sont une nouvelle classe de cristaux liquides hybrides multifonctionnels découverts dans l'équipe CSM de l'Institut des Sciences Chimiques de Rennes en 2008. Ils sont constitués d'un cœur inorganique - des clusters de métaux de transition - auquel sont associés, de manière covalente ou électrostatique, des ligands organiques pro-mésogéniques. Ces matériaux hybrides associent les propriétés d'auto-assemblage des cristaux liquides aux propriétés intrinsèques des clusters métalliques. Le présent travail s'articule autour de clustomésogènes contenant des clusters octaédriques de molybdène, phosphorescents dans le rouge-proche infra-rouge, et aux rendements quantiques compris entre 10% et 50%. Ils sont synthétisés par approche ionique en vue de leur intégration dans des dispositifs optiques. La démarche consiste à rationaliser les relations structures-propriétés afin de contrôler l'arrangement des clustomésogènes à l'échelle nanométrique. Nous créons ainsi des états nématiques sur de larges gammes de température. Le transfert de ces systèmes dans des cellules électro-optiques est renforcé par leur miscibilité dans un certain nombre de cristaux liquides commerciaux. La nature et la concentration de ces derniers permet l'ajustement des températures de fonctionnement et le contrôle de la viscosité de l'état cristal-liquide. Nous montrons qu'il est possible de faire commuter l'intensité de photoluminescence des clustomésogènes de 50% par l'application d'un champ alternatif à la manière des systèmes d'affichage. L'intégration au sein de diodes électroluminescentes constitue le dernier volet de ce travail. La maîtrise de leur structure permet d'envisager leur potentiel dans des dispositifs d'éclairage. L'ensemble de ces études ouvre la voie aux clustomésogènes de molybdène comme alternative réaliste aux émetteurs inorganiques rouges actuels. / Clustomesogens are a new class of hybrid liquid crystals developed since 2008 in our laboratory. They are a combination of an inorganic core, namely transition metal clusters, linked with promesogenic organic ligands through covalent or electrostatic interactions. These hybrid materials associate liquid crystals self-assembling abilities to the metallic clusters intrinsic properties. This work present octahedral molybdenum cluster based clustomesogens, emitting, through phosphorence mechanisms, in the deep red area and exhibiting 10% to 50% quantum efficiency. These materials are produced via an ionic approach by replacing the alkali cations of the ternary solid state compounds with tailored promesogenic organic ones. The ambition of this work is to rationalize the structures-properties relationship to control, at the nanometric scale, the clustomesogens organization. This approach allows us to observe nematic liquid crystalline phases over a wide range of temperatures. As these compounds are miscible with commercial nematic liquid crystals, we could envision their use as emissive species in the design of electroswitchable luminescent liquid crystal cells. By changing the type and concentration of commercial liquid crystals, we could adjust the operating temperature range as well as the viscosity of the mixture. We also establish that it is possible to modulate the clustomesogens' photoluminescence by 50% by applying an alternative electric field, as in display devices. In the last part of this work, we study the integration of clustomesogens as the emissive species into electroluminescent diodes. Being able to control their structure should allow their use in lighting devices. These works pave the way for using Molybdenum clustomesogens as an alternative to inorganic compounds presently used as red light emitters.

Calculations were performed on transition-metal complexes to (1) extrapolate the structure and bonding of the ground and phosphorescent states (2) determine the luminescence energies and (3) assist in difficult assignment of luminescent transitions. In the [Pt(SCN)4]2- complex, calculations determined that the major excited-state distortion is derived from a b2g bending mode rather than from the a1g symmetric stretching mode previously reported in the literature. Tuning of excimer formation was explained in the [Au(SCN)2]22- by interactions with the counterion. Weak bonding interactions and luminescent transitions were explained by calculation of Hg dimers, excimers and exciplexes formed with noble gases.

Le zinc et le cuivre sont à la fois essentiels et toxiques pour les organismes vivants, c’est pourquoi ils sont très finement régulés. Pour comprendre le rôle et les flux de ces métaux, il est nécessaire de pouvoir les imager, notamment à l’aide de sonde fluorescente. Les sondes développées sont basées sur des sites de liaison de métalloprotéines et un complexe de lanthanide pour l’émission en temps résolu.Le principe de la sonde à cuivre(I), inspirée de la chaperonne CusF, repose sur la formation d’une interaction cation-pi entre le cuivre(I) et la chaîne latérale du tryptophane. Cette interaction modifie les propriétés du tryptophane et conduit à l’augmentation de la luminescence du terbium. L’étude du mécanisme spectroscopique a montré que l’interaction cation-pi augmente le croisement intersystèmes et donc la population de l’état triplet du tryptophane, ce qui permet de transférer plus d’énergie au lanthanide. Cette sonde est sélective de Cu+ parmi les cations physiologiques mais s’allume également en présence d’argent(I). Cette sonde a été modifiée dans le but d’améliorer ses propriétés (constantes d’affinité, sélectivité, contraste, longueur d’onde d’émission). L’une des sondes dérivées est capable de différentier entre Cu+ et Ag+, ce qui est unique.Le principe de la sonde à zinc, basée sur une séquence à doigt de zinc, repose sur la modulation du transfert d’énergie entre le lanthanide et son antenne par une modification de la distance. La sonde s’allume sélectivement en présence de zinc. La sonde a ensuite été modifiée, premièrement pour incorporer un second complexe de lanthanide et obtenir une sonde ratiométrique, et deuxièmement pour décaler les longueurs d’onde d’excitation et d’émission respectivement vers le spectre visible et le proche infra-rouge. Sur ce dernier point, une nouvelle antenne a été découverte pour la sensibilisation du néodyme. / Zinc and copper are essential and toxic for living organisms, so they are tightly regulated. To understand, at cellular level, the role of the kinetically exchangeable pool of these metals and their fluxes, we have designed peptidic luminescent probes based on the binding site of metalloproteins and on a lanthanide complex as time-resolved emitting moiety.The copper(I) probe, which is inspired by the chaperone CusF, rely on the formation of a cation-pi interaction between copper and a tryptophan side chain to turn on the luminescence of a terbium ion. Detailed spectroscopic characterizations, including time-resolved spectroscopy, have shown that the cation- pi enhances intersystem crossing and thus population of the tryptophan triplet state, which transfers energy to the lanthanide. This probe is selective for Cu+ among physiological cations but is able to detect silver(I) also. This probe was modified to change its properties (binding constants, selectivity, contrast, emission wavelength). Among derived probes, one of them is able to discriminate between Cu+ and Ag+, a property that has not been reported so far for copper or silver probes.The zinc probe is based on a zinc finger sequence and rely on the modulation of energy transfer between the lanthanide and its antenna by a distance change. It turns on upon zinc binding and is perfectly selective for zinc. The probe was then modified (i) to incorporate a second lanthanide complex and obtain a ratiometric probe and (ii) to shift the excitation and emission wavelength to the visible and near infrared, respectively. Concerning this last point, a new antenna was discovered for the sensitization of the neodymium ion.

Les pérovskites hybrides halogénées sont une nouvelle classe de semi-conducteurs polyvalents se proposant d'allier hautes performances, bas coût et processabilité en vue d'applications variées comme le photovoltaïque ou l'émission de lumière. Leur développement à grande échelle se heurte cependant à leur faible stabilité dans les dispositifs. Depuis quelques années, des groupes de chercheurs se sont particulièrement intéressés aux pérovskites hybrides à 2 dimensions (2D). Cette sous-catégorie de pérovskite est bien plus stable et offre une meilleure flexibilité chimique que leurs cousines 3D. Cependant, leurs performances restent limitées par la faible maitrise des méthodes de synthèses. En outre, de nombreux efforts sont encore à faire pour la compréhension de leurs propriétés intrinsèques, notamment via l'étude de monocristaux. Nous avons mis au point une méthode de synthèse par diffusion d’anti-solvant (AVC) permettant de synthétiser des monocristaux de pérovskites 2D telles que (PEA)2PbI4 et (PEA)2(MA)Pb2I7. Cette méthode a été de plus adaptée pour la synthèse de couches minces monocristallines. L’incorporation de ces couches minces dans des dispositifs pourrait permettre en théorie de se rapprocher des performances intrinsèques du matériau. Nous avons de plus synthétisé des nouvelles pérovskites 2D fonctionnalisées par des molécules de luminophore en tant que partie organique. L’étude spectroscopique de ces pérovskites met en évidence des probables transferts de charge entre les deux parties organique et inorganique. Ce type de pérovskite pourrait trouver un intérêt dans le photovoltaïque car il permettrait de séparer l’exciton fortement lié dans les pérovskites 2D. / Hybrid halide perovskites are new class of high-end semiconductors that combine high performances, low cost and low temperature proccessability for different application such as photovoltaics or light-emitting devices. Their large-scale commercialization is however hindered by their poor stability. For a few years, many groups started to grow interest in 2-dimensional (2D) hybrid perovskites. This subclass of perovskite is much more stable than their 3D counterparts, and offers more chemical flexibility. Yet their performances are limited by the bad quality of the spin-coated layers. Moreover an increase in the understanding of their intrinsic properties is necessary. This last point could be solved by the study of single crystals. We developped therefore a new anti-solvant, vapor-assisted crystallization (AVC) method for the growth of (PEA)2PbI4 and (PEA)2(MA)Pb2I7. Furthermore, a capped AVC process (AVCC) was developped for the growth of 2D perovskites single crystalline thin films. These films might help getting closer to the intrinsic limits of the material. We also synthesized new 2D luminophore-functionalized perovskite systems. The spectroscopic studies of this material highlighted a possible charge transfer between the two moities of the perovskite. This kind of perovskite could help improving the photovoltaic performances of 2D perovskite thanks to the splitting of the strongly bounded exciton.

Time-resolved spectroscopy is a modern method enabling the analysis of the dynamics of quantum luminescence transitions. This method uses ultra-fast light pulses to study materials, which makes it possible to observe the time evolution of luminescence quenching and thus provides additional information for static absorption and emission spectroscopy. This diploma thesis deals with the automation of the optical setup used in the Optical and Plasmonic Laboratory at Ceitec Nano for performing time-resolved spectroscopy. As part of the work, an application was created enabling communication with 13 devices used in the laboratory. The application automates already performed measurements, and in addition enables the scanning of samples, which was not possible due to time constraints due to the manual control of the stage movement. At the end of the work, test measurements are performed, with a discussion of their effectiveness and time savings for the user.

Mechanistic details on the regulation of striated muscle contraction still need to be determined, particularly the specific structural locations of the elements comprising the thick and thin filaments. Of special interest is the location of the regulatory component, troponin, on the actin filament and how its presence influences the behavior of myosin binding to the thin filament. In the present study: (1) Luminescence resonance energy transfer was used to monitor potential conformational changes in the reconstituted thin filament between the C-terminal region of troponin T and myosin subfragment 1; (2) Location of troponin in previously derived atomic models of the acto-myosin complex was mapped to visualize specific contacts; and (3) Shortened tropomyosin was engineered and protein binding and ATPase assays were performed to study the effect of myosin binding close to the troponin complex. Analysis of the results suggest the following: (1) Irrespective of calcium levels, the C-terminal region of troponin T is located close to myosin loop 3 and a few actin helices that may perturb strong acto-myosin interactions responsible for force production. (2) Atomic models indicate myosin subfragment 1 cannot attain the post- powerstroke state due to the full motion of the lever arm being sterically hindered by troponin. (3) A shortened tropomyosin with five actin binding modules (instead of the native seven in muscle cells) binds actin contiguously in a head-to-tail manner and serves to increase the periodicity of troponin complexes on the actin filament. Such behavior eliminates the structure of the actin filament being responsible for the binding location of tropomyosin. (4) Differential behavior of myosin subfragment 1 i.e. (a) binding adjacent to troponin and (b) binding further away from troponin, is apparent as tropomyosin and troponin appear to govern the regions or "target zones" where myosin can bind productively along the actin filament. Physiologically, myosins able to bind close to troponin, but not participate in force production may function as mechanical sensors to attenuate or dampen the force generated from the so-called "target zones". Therefore, this could be a pseudo-regulatory mechanism that functions to protect the contractile apparatus from damage.

Le nitrure de bore hexagonal (hBN) est un semi-conducteur à grand gap (>6 eV) appartenant à la nouvelle famille des cristaux 2D. Ses propriétés isolantes et sa structure cristalline font de lui un matériau stratégique dans la réalisation d’hétérostructures 2D à base de graphène. L’objectif de cette thèse a été d’étudier les propriétés optiques et structurales des feuillets de hBN.Après une description des méthodes expérimentales, les propriétés du matériau massif - loin des interfaces - sont étudiées sur le cristal de référence synthétisé par croissance haute-pression haute-température au Japon. L’étude en microscopie électronique à transmission a permis d’identifier l’empilement AA’, caractéristique du hBN. Les 3 principales régions d’émission de luminescence du hBN sont identifiées et analysées dans le détail : excitons libres, excitons piégés et défauts profonds. L’efficacité radiative excitonique a été analysée sur des cristaux issus de différentes voies de synthèse mettant en évidence des qualités dispersées. L’origine des processus de luminescence est discutée en regard des différentes interprétations actuelles, théoriques et expérimentales.Le cœur de la thèse porte sur les propriétés des cristaux 2D de faibles épaisseurs obtenus par clivage mécanique, ceci jusqu’à la monocouche atomique. Les expériences réalisées en spectroscopie Raman basse fréquence, en spectroscopie de pertes d’énergie et en cathodoluminescence ont mis en évidence une série d’effets de basse dimensionnalité sur les propriétés vibrationnelles, diélectriques et excitoniques du hBN. L’étude des défauts introduits lors de l’étape d’exfoliation et leur impact sur les émissions de luminescence ont permis d’isoler les propriétés intrinsèques des cristaux 2D de hBN. Les premiers résultats obtenus sur des feuillets suspendus dans le vide sont présentés et les effets de déformation élastique et plastique sur la luminescence de hBN discutés.La dernière partie de cette thèse porte sur des cristaux de nitrure de bore rhomboédrique (rBN) où les feuillets atomiques forment un empilement ABC. Ces cristaux ont permis d’aborder l’effet de l’empilement des plans atomiques sur la luminescence du BN en hybridation sp². / Hexagonal boron nitride (hBN) is a wide bandgap semi-conductor (>6 eV) which belongs to the 2D crystals family. Its structure and insulating properties make him as a strategic component towards the conception of graphene-based 2D heterostructures. This thesis focuses on the structural and optical properties of hBN layers.After a brief description of experimental methods, bulk material properties have been investigated on the reference HPHT-grown crystal fabricated in Japan. The characteristic stacking AA’ sequence of the hexagonal BN phase has been identified by transmission electron microscopy. Characteristics features of the 3 main luminescence regions have been identified and analyzed into details: free excitons, bound excitons and deep defects. The radiative efficiency of excitons recombinations in hBN has been studied on crystals obtained through various synthesis routes. The origin of hBN luminescence processes is discussed on the basis of current theoretical and experimental interpretations.The main part of the thesis is dedicated to the study of nanometer-thick hBN crystals obtained by mechanical cleavage, down to the monolayer. Experiments carried out by low-frequency Raman spectroscopy, energy loss spectroscopy and cathodoluminescence demonstrated a series of low-dimensionality effects on the vibrational, dielectric and excitonic properties of hBN. Defects introduced during the exfoliation step have been studied, their impact on luminescence emissions allowed us to isolate the intrinsic properties of 2D hBN flakes. Preliminary results obtained on hBN layers suspended in vacuum are presented and the effects of elastic and plastic deformation on BN luminescence are discussed.The last part of the work focuses on rhombohedral boron nitride (rBN) crystals where the BN stacking sequence follows the ABC type. Studying these crystals made possible the investigation of the influence of the stacking sequence on sp² BN luminescence.

Les nanoparticules luminescentes sont particulièrement étudiées pour leur application dans les systèmes d’éclairages ou comme sondes en bio-imagerie. Parmi elles, les nanoparticules anisotropes de matrices cristallines dopées par des ions lanthanides présentent une émission polarisée, qui dépend de la symétrie des sites des ions émetteurs. Le lien entre direction de polarisation et axes cristallins des nanocristaux permet de déterminer leur orientation, et peut donc être exploité pour suivre l'orientation d’objets ou pour caractériser la déformation de milieux hôtes.Les objectifs de ce doctorat ont été de s’intéresser aux origines fondamentales de l’émission polarisée de nanobâtonnets de phosphate de lanthane dopés par des ions europium trivalents (LaPO4:Eu) et d’utiliser la luminescence polarisée à des mesures d’orientation.Dans une première partie, les nanobâtonnets de LaPO4:Eu ont été synthétisés puis alignés sous forme des films orientés. La luminescence de ces films a permis de suivre avec précision la transition de phase de la matrice hôte, de sa structure hexagonale à une structure monoclinique ; et de mettre en évidence la présence de défauts structuraux. La polarisation des spectres de luminescence a ensuite été étudiée. Les taux de polarisation mesurés sont plus élevés pour la phase monoclinique que pour la phase hexagonale. La sensibilité du spectre de polarisation au milieu diélectrique qui les entoure a été mise en évidence.La seconde partie de cette étude porte sur l’utilisation de la polarisation des nanobâtonnets de LaPO4:Eu pour déterminer leur orientation. La connaissance des spectres polarisés des films parfaitement alignés a permis de déterminer le paramètre d’ordre d’une suspension de nanobâtonnets désordonnés en écoulement dans un canal microfluidique puis d’estimer le taux de cisaillement de cet écoulement. Notre étude a permis de préciser quantitativement les conditions dans lesquelles l’utilisation de la luminescence polarisée comme sonde locale du taux de cisaillement d’un écoulement est valide. / Luminescent nanoparticles have been studied for their applications in lighting devices or as probes in biology. Among these nanoparticles, the anisotropic crystals doped with lanthanides ions emit linearly polarized light. The relation between the polarized directions and the crystallographic axis of the nanocrystals allow determining their 3D orientation, which could be an asset to track objects or to characterize flows.The purposes of this thesis were to investigate the origin of the polarized light of nanorods of lanthanum phosphate doped with europium ions (LaPO4:Eu) and to apply this polarized light to determine their orientation.First, nanorods of LaPO4:Eu are synthesized and aligned to prepare oriented films. The phase transition of the LaPO4 matrix is investigated, from the hexagonal to the monoclinic structure. The luminescence is used to track precisely the transition and show the presence of structural defects. Then the polarized spectra are observed. The polarization degrees of the monoclinic phase are higher than those of the hexagonal one. The sensitivity of the polarization with the dielectric medium is also shown.Then, the polarized light is used to determine the orientation of the nanorods. The knowledge of the polarized spectra along he nanorods axis and perpendicularly to it is used to calculate the order parameter of disoriented nanorods in a microfluidic channel and then to estimate the shear rate of the flow. Our study allows quantifying the conditions in which the nanorods can be used as probes to measure the local shear rate.