Photonique des nanotubes de carbone sur silicium

Carbon nanotube photonics on silicon

• Auteur / Autrice : Etienne Gaufrès
• Direction : Laurent Vivien
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Propriétés optiques

Nanotubes

Mots clés libres

Nanotubes semiconducteurs

Résumé

Depuis leur découverte, les nanotubes de carbone ont suscité un grand intérêt pour leurs propriétés électroniques et optiques. Dans ce contexte, l'objectif de la thèse a été d'étudier les propriétés optiques des nanotubes de carbone semiconducteurs pour la réalisation de composants photoniques aux longueurs d'onde des télécommunications. La première partie de la thèse a concerné l'évolution des propriétés optiques des s-SWNTs en fonction de l'environnement des nanotubes : Pour cela une méthode d'extraction des s-SWNTs a été développée en collaboration avec l'AIST Tsukuba au Japon. L'influence néfaste des nanotubes métalliques et des impuretés sur les propriétés optiques des s-SWNTs ont été mis en évidence. Les différentes caractérisations effectuées sur des couches minces hautement purifiées en s-SWNTs ont révélés une amélioration du signal de luminescence des nanotubes semiconducteurs. Ces résultats ont conduit dans une seconde partie à étudier l'émission des s-SWNTs en régime non linéaire. Un gain optique dans les nanotubes semiconducteurs a pu être ainsi démontré expérimentalement pour la première fois. La dernière partie des travaux de thèse a porté sur l'intégration optique de ces nanotubes de carbone dans des structures photoniques silicium. Ces travaux expérimentaux ouvrent la voie vers la réalisation de sources de lumière intégrées sur silicium à base de nanotubes de carbone et à plus long terme vers une nouvelle photonique à base de nanotubes de carbone.

Semiconducting single wall carbon nanotubes (s-SWNT) have recently attracted a lot of interest due to their tunable direct band gap, making them first-rate candidate for new optoelectronic and photonic applications at telecom wavelengths. Ln this focus, the thesis main objective was the semiconducting carbon nanotubes optical properties study as a function of environment, especially the presence of metallic nanotubes. The selective extraction of semiconducting nanotubes, performed in collaboration with AIST Tsukuba in Japan, leads to an enhancement of nanotubes' light emission and reduce optical losses. Moreover, evidences of optical gain in (8,6) et (8,7) s-SWNT were observed in highly purified semiconducting carbon nanotubes sample. Ln a second time, the optical interaction between silicon based nanostructures and carbon nanotubes as an active material was studied and the coupling of the photoluminescence into a waveguide was experimentally demonstrated. This work paves the way towards the realization of an integrated ligth source based on carbon nanotubes and on the long run, towards carbon nanotube photonics.