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Labex MATISSE
MATériaux, InterfaceS, Surfaces, Environnement

Contrôle de la densité de porteur dans les réseaux de nanocristaux

Axe 4 - Dimensionnalité et confinement

Thèse de Bertille Martinez

Projet de recherche entamé le 1er octobre 2016.

Laboratoire co-porteurs

Résumé du projet

Le but du projet est de mesurer et contrôler la densité de porteur dans les réseaux de nanocristaux colloïdaux. Ces nanocristaux sont des nanoparticules de semiconducteur, dont le spectre optique peut facilement être ajusté via le confinement quantique sur une large plage spectrale allant de ‘UV ou THz. Dans ce projet nous nous focalisons en particulier sur les matériaux à très faible bande interdite présentant des transitions dans la gamme infrarouge. En dopant ce type de matériaux il est possible de faire apparaitre des transitions intrabandes qui sont l’analogue à zéro dimension des transitions intersoubandes dans les puits quantiques. 

Nous avons entrepris une étude systématique de la caractérisation sur spectre électronique de ces matériaux en combinant des mesures de photoémission et de spectroscopie infrarouge. Cela nous permet de reconstruire en énergie absolue (ie vs le vide) la position de la  bande de valence et des différents états de la bande de conduction. Nous avons  mis en évidence un contrôle du dopage via la chimie de surface greffée sur les nanoparticules.

Un autre aspect important de ce projet est lie à l’étude des propriétés de conduction de ces matériaux. Nous avons en particulier pu mettre en évidence une transition métal isolant dans les réseaux de nanocristaux dopés en jouant sur le confinement quantique.

Enfin nous étudions l’intégration de ces matériaux comme matériaux optiquement actif pour la photodétection infrarouges.

Ce travail se fait en collaboration entre le laboratoire LPEM de l’ESPCI qui est en charge de la synthèse des matériaux et l’INSP pour la partie structure électronique et transport.

Collaborations liées à ce projet

  • C2N, Abdelkarim Ouerghi
  • Synchrotron Soleil, Mathieu Silly
  • IPMCS, Jean Francois Dayen

Presse

Publications liées à ce projet impliquant Bertille Martinez

  1. Marion Dufour, Violette Steinmetz, Eva Izquierdo, Thomas Pons, Nicolas Lequeux et al.
    Engineering Bicolor Emission in 2D Core/Crown CdSe/CdSe 1– x Te x Nanoplatelet Heterostructures Using Band-Offset Tuning
    The Journal of Physical Chemistry C, ACS American Chemical Society - Publications, 2017, 121 (44), pp.24816 - 24823.
    DOI : 10.1021/acs.jpcc.7b06527
    Ref HAL : hal-01668079v1
  2. Clément Livache, Eva Izquierdo, Bertille Martinez, Marion Dufour, Debora Pierucci et al.
    Charge Dynamics and Optolectronic Properties in HgTe Colloidal Quantum Wells
    Nano Letters, American Chemical Society, 2017, 17 (7), pp.4067-4074.
    DOI : 10.1021/acs.nanolett.7b00683
    Ref HAL : hal-01541341v1 
  3. Hervé Cruguel, Clément Livache, Bertille Martinez, Silvia Pedetti, Debora Pierucci et al. 
    Electronic structure of CdSe-ZnS 2D nanoplatelets
    Applied Physics Letters, American Institute of Physics, 2017, 110 (15), pp.152103.
    DOI : 10.1063/1.4980065
    Ref HAL : hal-01508744v1 
  4. Wasim Mir, Alexandre Assouline, Clément Livache, Bertille Martinez, Nicolas Goubet et al. 
    Electronic properties of (Sb;Bi) 2 Te 3 colloidal heterostructured nanoplates down to the single particle level OPEN
    Scientific Reports, Nature Publishing Group, 2017, 7, pp.9647 - 9647.
    DOI : 10.1038/s41598-017-09903-w
    Ref HAL : hal-01578455v1
  5. Bertille Martinez, Clément Livache, L.Donald Mouafo Notemgnou, Nicolas Goubet, Sean Keuleyan et al. 
    HgSe self-doped nanocrystals as a platform to investigate the effects of vanishing confinement
    ACS Applied Materials & Interfaces, Washington, D.C. : American Chemical Society, 2017, 9 (41), pp.36173-36180.
    DOI : 10.1021/acsami.7b10665
    ref HAL : hal-01597949v1 
  6. Bertille Martinez, Clément Livache, Nicolas Goubet, Amardeep Jagtap, Hervé Cruguel et al. 
    Probing Charge Carrier Dynamics to Unveil the Role of Surface Ligands in HgTe Narrow Band Gap Nanocrystals
    The Journal of Physical Chemistry C, ACS American Chemical Society - Publications, 2017, 122 (1), pp.859-865.
    DOI : 10.1021/acs.jpcc.7b09972
    Ref HAL : hal-01668080v1 
  7. Clément Livache, Nicolas Goubet, Bertille Martinez, Amardeep Jagtap, Junling Qu et al.
    Band Edge Dynamics and Multiexciton Generation in Narrow Band Gap HgTe Nanocrystals
    ACS Applied Materials & Interfaces, Washington, D.C. : American Chemical Society, 2018, 10 (14), pp.11880-11887.
    DOI : 10.1021/acsami.8b00153
    Ref HAL : hal-01764928v1 
  8. Amardeep Jagtap, Clément Livache, Bertille Martinez, Junling Qu, Audrey Chu et al. 
    Emergence of intraband transitions in colloidal nanocrystals
    Optical Materials Express, OSA pub, 2018, 8 (5), pp.1174.
    DOI : 10.1364/OME.8.001174
    Ref HAL : hal-01764909v1
  9.   Article dans une revue Wasim Mir, Clément Livache, Nicolas Goubet, Bertille Martinez, Amardeep Jagtap et al. 
    Strategy to overcome recombination limited photocurrent generation in CsPbX 3 nanocrystal arrays
    Applied Physics Letters, American Institute of Physics, 2018, 112 (11), pp.113503.
    DOI : 10.1063/1.5009432
    Ref HAL : hal-01736970v1
  10. Nicolas Goubet, Amardeep Jagtap, Clément Livache, Bertille Martinez, Hervé Portalès et al. 
    Terahertz HgTe Nanocrystals: Beyond Confinement
    Journal of the American Chemical Society, American Chemical Society, 2018, 140 (15), pp.5033-5036.
    DOI : 10.1021/jacs.8b02039
    Ref HAL : hal-01764916v1
  11. Clément Livache, Nicolas Goubet, Bertille Martinez, Eva Izquierdo, Charlie Gréboval et al. 
    HgTe, the Most Tunable Colloidal Material: from the Strong Confinement Regime to THz Material
    MRS Advances, 2018, pp.1 - 9.
    DOI : 10.1557/adv.2018.409
    Ref HAL : hal-01782488v1 
  12. Eva Izquierdo, Marion Dufour, Audrey Chu, Clément Livache, Bertille Martinez et al.
    Coupled HgSe colloidal quantum wells through a tunable barrier: a strategy to uncouple optical and transport band gap
    Chemistry of Materials, American Chemical Society, 2018
    DOI : 10.1021/acs.chemmater.8b01028
    Ref HAL : hal-01797591v1
  13.   Article dans une revue Nicolas Goubet, Clément Livache, Bertille Martinez, Xiang Zhen Xu, Sandrine Ithurria et al. 
    Wavefunction engineering in HgSe/HgTe colloidal heterostructures to enhance mid infrared photoconductive properties
    Nano Letters, American Chemical Society, 2018,
    DOI : 10.1021/acs.nanolett.8b01861
    Ref HAL : hal-01807510v1
  14. Amardeep Jagtap, Nicolas Goubet, Clément Livache, Audrey Chu, Bertille Martinez et al. 
    Short Wave Infrared Devices Based on HgTe Nanocrystals with Air Stable Performances
    The Journal of Physical Chemistry C, ACS American Chemical Society - Publications, 2018, 122 (26), pp.14979-14985.
    DOI : 10.1021/acs.jpcc.8b03276
    Ref HAL : hal-01811285v1
  15. Junling Qu, Nicolas Goubet, Clément Livache, Bertille Martinez, Dylan Amelot et al.
    Intraband Mid-Infrared Transitions in Ag 2 Se Nanocrystals: Potential and Limitations for Hgfree Low Cost Photodetection
    The Journal of Physical Chemistry C, ACS American Chemical Society - Publications, 2018,
    DOI : 10.1021/acs.jpcc.8b05699〉
    Ref HAL : hal-01849301v1

Autres publications liées à ce projet 

  1. Adrien Robin, Clément Livache, Sandrine Ithurria, Emmanuelle Lacaze, Benoit Dubertret et al.
    Surface Control of Doping in Self-Doped Nanocrystals
    ACS Applied Materials & Interfaces, Washington, D.C. : American Chemical Society, 2016, 8 (40), pp.27122 - 27128.
    DOI : 10.1021/acsami.6b09530
    Ref HAl : hal-01438644v1
  2. Hugo Henck, Debora Pierucci, Julien Chaste, Carl H. Naylor, Jose Avila et al.
    Electrolytic phototransistor based on graphene-MoS 2 van der Waals p-n heterojunction with tunable photoresponse
    Applied Physics Letters, American Institute of Physics, 2016, 109 (11), pp.113103.
    DOI : 10.1063/1.4962551
    Ref HAL : hal-01438654v1
  3. Eva Izquierdo, Adrien Robin Documents de l'auteur , Sean Keuleyan, Nicolas Lequeux, Emmanuel Lhuillier et al.
    Strongly Confined HgTe 2D Nanoplatelets as Narrow Near-Infrared Emitters
    Journal of the American Chemical Society, American Chemical Society, 2016, 138 (33), pp.10496 - 10501.
    DOI : 10.1021/jacs.6b04429
    Ref HAL hal-01420371v1
  4. Michel Nasilowski, Benoit Mahler, Emmanuel Lhuillier, Sandrine Ithurria, Benoit Dubertret.
    Two-Dimensional Colloidal Nanocrystals
    Chemical Reviews, American Chemical Society, 2016, 116 (18), pp.10934 - 10982.
    DOI : 10.1021/acs.chemrev.6b00164
    Ref HAL : hal-01419586v1
  5. Benoit Mahler, Loic Guillemot, Léo Bossard-Giannesini, Sandrine Ithurria, Debora Pierucci et al.
    Metallic Functionalization of CdSe 2D Nanoplatelets and Its Impact on Electronic Transport
    Journal of Physical Chemistry C, American Chemical Society, 2016, 120 (23), pp.12351-12361.
    DOI : 10.1021/acs.jpcc.6b02101
    Ref HAL : hal-01347065v1
  6. A. Robin, E. Lhuillier, X. Z. Xu, S. Ithurria, H. Aubin, A. Ouerghi, and B. Dubertret
    Engineering the Charge Transfer in all 2D Graphene-Nanoplatelets Heterostructure Photodetectors
    Scientific Reports, Nature Publishing Group, 2016, 6, pp.24909.
    DOI : 10.1038/srep24909
    Ref HAL : hal-01438636
  7. Damien Canneson Documents de l'auteur , Elena V. Shornikova, Dmitri R. Yakovlev, Tobias Rogge, Anatolie A. Mitioglu et al. 
    Negatively charged and dark excitons in CsPbBr3 perovskite nanocrystals revealed by high magnetic fields
    Nano Letters, American Chemical Society, 2017, 17 (10), pp.6177-6183.
    DOI : 10.1021/acs.nanolett.7b02827〉
    Ref HAL : hal-01578005v1
  8. Emmanuel Lhuillier, Philippe Guyot-Sionnest.
    Recent Progresses in Mid Infrared Nanocrystal based Optoelectronics
    IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2017, 23 (5), pp.6000208
    DOI : 10.1109/JSTQE.2017.2690838
    Ref HAL :  hal-01508748v1
  9. Hongyue Wang, Emmanuel Lhuillier, Qian Yu, Alexandre Zimmers, Benoit Dubertret et al.
    Transport in a Single Self-Doped Nanocrystal
    ACS Nano, American Chemical Society, 2017, 11 (2), pp.1222-1229.
    DOI : 10.1021/acsnano.6b07898
    Ref HAL : hal-01438657v1
  10. Audrey Chu, Clément Livache, Sandrine Ithurria, Emmanuel Lhuillier.
    Electronic structure robustness and design rules for 2D colloidal heterostructures
    Journal of Applied Physics, American Institute of Physics, 2018, 123 (3), pp.035701.
    DOI : 10.1063/1.5003289
    Ref HAL : hal-01707928v1

Participation à des congrès

  • GDR NanoTeraMir, Paris, novembre 2016
  • GDR Nacre, Aussois, décembre 2016
  • Conférence NanoTN, Marrakech Février 2018
  • MRS, Phoenix, Avril 2018
  • Congrés SFO, Toulouse, juillet 2018
  • GRC, Bryant University, USA, Juillet 2018
  • Martinez Bertille, Clément Livache, Adrien Robin, Hervé Cruguel, Sébastien Royer et al. 
    Intraband transition in self-doped narrow band gap colloidal quantum dots
    SPIE phpotonic west, Jan 2017, san francisc2017-02o, France.
    DOI : 10.1117/12.2250155
    Ref HAL : hal-01476526v1
  • Clément Livache, Bertille Martinez, Eva Izquierdo, Marion Dufour, Hervé Cruguel et al. 
    Shape and confinement control in mid and far infrared nanocrystals
    SPIE photonic west 2017, Jan 2017, San francisco, United States.
    DOI : 10.1117/12.2250160
    Ref HAL : hal-01476634v1
  • Bertille Martinez, Clément Livache, Nicolas Goubet, Eva Izquierdo, Mathieu G. Silly et al. 
    Optoelectronics Using 2D Colloidal Nanocrystals from Wide Band Gap to Narrow Band Gap
    Materials E-MRS, May 2017, Strasbourg, France. 2017,
    DOI : 10.1002/pssc.201700138
    Ref HAL : hal-01581712v1
  • Clément Livache, Bertille Martinez, Adrien Robin, Nicolas Goubet, Benoit Dubertret et al. 
    Investigation of the Self-Doping Process in HgSe Nanocrystals
    E-MRS, May 2017, strasbourg, France. 2017,
    DOI : 10.1002/pssa.201700294
    Ref HAL :  hal-01587739v1 

 

01/10/18

Traductions :

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