Nanocristaux de semiconducteurs II-VI et I-III-VI : contrôle des propriétés optiques de structures cœur/coque

par Elsa Cassette

Thèse de doctorat en Physique et Chimie des Matériaux

Sous la direction de Benoît Dubertret.

Soutenue en 2012

à Paris 6 .


  • Résumé

    Dans cette thèse, nous nous intéressons aux propriétés de fluorescence de nanocristaux colloïdaux de semi-conducteurs composés d’un cœur entouré d’une coque. Ces hétéro-structures possèdent des propriétés optiques qui dépendent de leur taille, de leur forme et de leur composition. Il est donc essentiel de pouvoir les synthétiser en contrôlant précisément ces paramètres. Dans ce manuscrit nous présentons la synthèse et les caractérisations structurales et optiques de nanocristaux de semi-conducteurs II-VI et I-III-VI. Tout d’abord, nous montrons qu’il est possible de faire croître une coque plate de CdS sur des cœurs sphériques de CdSe. La différence de paramètre de maille entre les deux matériaux et la géométrie de la coque induisent des effets de pression anisotrope qui modifient la structure fine du premier exciton. Par conséquent, l’émission de ces nanocristaux s’affine et devient polarisée à 2D dans le plan de la coque plate. Cette dernière propriété, amplifiée par des effets diélectriques liés à la forme du nanocristal, est vérifiée par différentes mesures de polarisation. De plus, ces nanocristaux s’orientent spontanément sur substrat, ce qui permet un contrôle fin de l’orientation du dipôle d’émission. Ensuite, nous présentons la synthèse et les propriétés de nanocristaux émettant dans le proche infrarouge et composés d’éléments moins toxiques que ceux usuellement utilisés dans cette gamme : CuInS2 et CuInSe2. Ces nanocristaux à composition ternaire sont recouverts d’une fine coque de ZnS pour préserver leur fluorescence après solubilisation en milieu aqueux. Nous montrons que ces sondes fluorescentes peuvent être utilisées pour l’imagerie in vivo du petit animal.

  • Titre traduit

    II-VI and I-III-VI semiconductor nanocrystals : control of the optical properties of core/shell nanostructures


  • Résumé

    Colloidal semiconductor nanocrystals present unique optical properties which depend on their size, shape and composition. It is therefore crucial to be able to precisely control these parameters during their synthesis. Here we present the synthesis and the optical properties of two kinds of core/shell heterostructures composed of II-VI and I-III-VI semiconductors. First we show that we can grow a flat CdS shell around spherical CdSe cores to obtain dot-in-plate nanocrystals. The lattice mismatch between the two materials, together with the anisotropic shape, induces a large splitting in the fine structure of the first exciton peak. Consequently, the emission narrows and becomes 2D-polarized, in the plane of the plate. This latter property is amplified by the dielectric effect due to the anisotropic shape of the nanocrystal and is verified by polarization measurements in ensemble and at the single nanocrystal level. Moreover, the dot-in-plate nanocrystals deposit spontaneously flat on substrates which provide a fine control of the emission dipole orientation. We then present the optical properties of CuInS2 and CuInSe2 nanocrystals. Their small bandgaps allow reaching near-infrared excitation and emission wavelengths. In addition, they do not contain any toxic heavy metal ions like Cd or Pb. The growth of a small ZnS shell around these nanocrystals greatly improves their emission properties and photostability after water solubilization. We further demonstrate their use for small animal in vivo imaging

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Informations

  • Détails : 1 vol. (242 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 219-242. 219 réf. bibliogr.

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  • Cote : T Paris 6 2012 366
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