Des nanomatériaux dans le domaine THz
Publié par Redbran le 24/09/2018 à 12:00
Source: CNRS INSP
Les nanocristaux de semiconducteurs suscitent depuis quatre ans un intérêt grandissant, notamment grâce à leur récente intégration en tant que source de lumière dans les téléviseurs LCD de dernière génération. Ces matériaux sont également très prometteurs dans le domaine de l'optoélectronique, en particulier pour des applications liées à la photo détection (à savoir pour les cellules solaires ou l'imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La fabrication se faisait jadis soit à la...) infrarouge). Pour autant, synthétiser des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) infrarouges avec des propriétés optiques bien contrôlées demeure un vrai défi. Depuis une dizaine d'années, une course (Course : Ce mot a plusieurs sens, ayant tous un rapport avec le mouvement.) a été lancée vers la synthèse de matériaux absorbant toujours plus loin dans l'infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde supérieure à celle de la lumière visible mais plus courte que celle des micro-ondes.). Des membres de l'équipe Physico-Chimie et dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) des surfaces de l'INSP ont obtenu un nouveau record en démontrant la synthèse de matériaux dans la gamme THz (30-300 µm), une gamme de longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet, sa longueur est celle...) d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de...) jusque-là inaccessible aux particules colloïdales. Cette invention a également fait l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une...) d'un dépôt de brevet conjoint entre le CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) et la société Nexdot.


Figure
Spectres de nanoparticules de chalcogénures de mercure dopées et non dopées couvrant l'intégralité de la gamme infrarouge de 1 à 100 µm.

Quand il s'agit d'obtenir des matériaux travaillant dans l'infrarouge à partir de matériaux semiconducteurs, deux stratégies sont envisageables. Soit d'utiliser des semiconducteurs à faible bande interdite (InSb), voire sans bande interdite (HgTe) pour observer des transitions interbandes. Soit d'utiliser des semiconducteurs dopés pour observer des transitions intrabandes. Cette seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure...) stratégie (La stratégie - du grec stratos qui signifie « armée » et ageîn qui signifie « conduire » - est :) a longtemps été difficile à mettre en place pour les nanocristaux colloïdaux car le dopage restait assez mal contrôlé. Des progrès importants dans la synthèse des nanocristaux ont en particulier permis de développer des matériaux auto-dopés, c'est-à-dire qui présentent un dopage électrique sans introduction d'impuretés. Dans ce cas, le dopage est le résultat de la réduction électrochimique de la nanoparticule par 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...).

L'équipe a utilisé une stratégie hybride (En génétique, l'hybride est le croisement de deux individus de deux variétés, sous-espèces (croisement intraspécifique),...) qui consiste à synthétiser des matériaux dopés à partir de semimétaux (semiconducteurs sans bande interdite), typiquement HgSe et HgTe. De plus pour être capable d'obtenir des transitions de très faible énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.), elle a dû réduire autant que possible l'effet du confinement quantique. La nouvelle méthode de synthèse, mise au point (Graphie) par l'équipe en collaboration avec le laboratoire LPEM de l'ESPCI, permet d'ajuster la taille des particules sur une très large gamme typiquement de quelques nm (régime confiné) à plusieurs centaines de nm. En conséquence, c'est l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une...) du spectre infrarouge qui peut être couvert de 1 à 100 µm. C'est en particulier la première fois que des propriétés d'absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise par une autre entité, par exemple, un atome qui fait une transition entre deux niveaux d'énergie électronique. Le photon est détruit lors de...) sont rapportées dans la gamme THz pour des nanocristaux colloidaux de semiconducteurs.

Les prochains enjeux vont consister à explorer les propriétés de photoconduction de ces matériaux et à contrôler plus finement le niveau de dopage de ces particules.

Références:
• Terahertz HgTe nanocrystals: beyond confinement, N. Goubet, A. Jagtap, C. Livache, B. Martinez, H. Portales, X. Zhen Xu, R.P.S.M. Lobo, B. Dubertret, E. Lhuillier, J. Am. Chem. Soc. 140, 5053 (2018). •HgSe self-doped nanocrystals as a platform to investigate the effects of vanishing confinement, B. Martinez, C. Livache, L. Donald Notemgnou Mouafo, N. Goubet, S. Keuleyan, H. Cruguel, S. Ithurria, H. Aubin, A. Ouerghi, B. Doudin, E. Lacaze, Benoit Dubertret, M. G. Silly, R. P.S.M. Lobo, J. F. Dayen, E. Lhuillier, ACS Appl. Mater. Interfaces 9, 36173 (2017) •Infrared photo-detection based on colloidal quantum-dot films with high mobility and optical absorption up to the THz, E. Lhuillier, M. Scarafagio, P. Hease, B. Nadal, H. Aubin, X. Z. Xu, N. Lequeux, G. Patriache, S. Ithurria, B. Dubertret, Nano Lett 16, 1282 (2016) •Surface Control of Doping in self-doped Nanocrystals, A. Robin, C. Livache, S. Ithurria, E. Lacaze, B. Dubertret, E. Lhuillier, ACS Appl. Mat. Interface (Une interface est une zone, réelle ou virtuelle qui sépare deux éléments. L’interface désigne ainsi ce que chaque élément a besoin de connaître de l’autre pour pouvoir fonctionner...) 8, 27122−27128 (2016).

Contact chercheur:
Emmanuel Lhuillier - INSP
Page générée en 0.005 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