Synthèse et caractérisation d'homostructures et d'hétérostructures de nanoplaquettes de chalcogénures de mercure

Synthesis and characterization of mercury chalcogenides nanoplatelets homostructures and heterostructures

• Auteur / Autrice : Eva Izquierdo
• Direction : Nicolas Lequeux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des Matériaux
• Date : Soutenance le 04/10/2018
• Etablissement(s) : Paris Sciences et Lettres (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique et d’étude des matériaux (Paris ; 2010-....) - Laboratoire de Physique et d'Etude des Matériaux
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Ecole supérieure de physique et de chimie industrielles de la Ville de Paris (1882-....)
• Jury : Président / Présidente : Christophe Delerue
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Lequeux, Christophe Delerue, Talal Mallah, Nicolas Mézailles, Lauriane, d' Alençon, David Portehault
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Talal Mallah, Nicolas Mézailles

Mots clés

Mots clés libres

Nanocristaux

Infrarouge

2 dimensions

Nanocrystals

Infrared

2 dimensions

Résumé

Dans un contexte de développement de photo-détecteurs et lasers dans le domaine de l’infrarouge, les nanocristaux colloïdaux de chalcogénures de mercure sont des candidats prometteurs pour l’imagerie infrarouge à bas coût. Des nanoplaquettes de chalcogénures de cadmium sont développées depuis 10 ans. Ces nanoparticules 2D présentent des propriétés optiques originales dans le visible, du fait de leur confinement quantique limité à une di-mension. L’objectif de cette thèse est de syn-thétiser des nanoplaquettes à base de chalco-génures de mercure afin d’obtenir des proprié-tés optiques fines dans l’infrarouge. Pour cela, nous avons utilisé l’échange cationique au mercure sur des nanoplaquettes de chalcogé-nures de cadmium, la synthèse directe n’étant pas encore démontrée.Dans une première partie, ce manuscrit expose la synthèse et la caractérisation de nanopla-quettes fines de 2 et 3 monocouches de HgTe et HgSe. Les nanoplaquettes de HgTe présen-tent des propriétés optiques exceptionnelles dans le proche infrarouge (largeur à mi-hauteur de 57 meV pour une émission aux alentours de 1,5 eV).Par la suite, l’échange cationique sur des na-noplaquettes plus épaisses de CdSe a été étu-dié. La limitation de la diffusion des atomes de mercure sur 2 plans cationiques dans l’épaisseur permet d’obtenir des hétérostruc-tures cœur/coque de CdSe/HgSe présentant des propriétés optiques et électroniques décor-rélées.Pour finir, cet échange cationique a été utilisé pour créer de nouvelles hétérostructures cœur/coque de HgTe/CdS et cœur/couronne HgSe/HgTe permettant de jouer sur la délocali-sation des fonctions d’onde des porteurs de charge.

In a context of detectors and lasers develop-ment in infrared range, mercury chalcogenides colloidal nanocrystals are promising candi-dates for low-cost IR imaging. For 10 years, cadmium chalcogenides semiconductors na-noplatelets are developed. These two-dimensional nanoparticles present great novel optical features in visible range, due to exciton confinement along one direction. The purpose of this thesis is to synthesize mercury chalco-genides-based nanoplatelets in order to obtain nanoparticles with narrow infrared optical fea-tures. To this end, we used cation exchange with mercury on cadmium chalcogenides na-noplatelets, because of the direct synthesis isn’t demonstrated yet.In a first part, this manuscript presents the syn-thesis and the characterization of 2 and 3 monolayers HgTe and HgSe nanoplatelets. HgTe nanoplatelets present exceptionally nar-row near-infrared optical features (57 meV for an emission around 890 nm).The impact of the thickness of CdSe nano-platelets on the cation exchange process was subsequently studied. The limited diffusion of mercury atoms over 2 cationic plans in the thickness direction allows to obtain CdSe/HgSe core/shell heterostructures. The optical and transport properties are decorrelated.Finally, this cation exchange was used to formed new mercury-based heterostructures: HgTe/CdS core/shell and HgSe/HgTe core/crown. These materials present new opti-cal properties in infrared range thanks to the electron and hole confinement in a same or different part of the heterostructure.