Transport électrique et propriétés optiques des nanotubes de carbone individuels et des petits fagots étudiés par des expériences corrélés et des expériences in-situ

Electrical transport and optical properties of individual carbon nanotubes and small bundles probed by cross-correlated and In-situ experiments

• Auteur / Autrice : Mathias Kobylko
• Direction : Mathieu Kociak
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2009
• 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

Électrons -- Diffraction

Microscopie électronique

Nanotubes

Résumé

Cette thèse comporte deux parties : la première porte sur les propriétés de transport des nanotubes de carbone (CNTs) individuels et la deuxième sur leurs propriétés optiques. La première partie décrit les expériences de transport ex-situ et in-situ (à l'intérieur d'un microscope électronique en transmission (TEM)) que nous avons effectuées sur les CNTs individuels selon la méthode de contact à métal liquide. Nos expériences montrent que cette méthode n'est pas fiable et les résultats ainsi obtenus (étant jusqu'à présent interprétés en termes de propriétés de transport balistique des CNTs) doivent être réinterprétés. Ces observations sont complétées par un modèle classique démontrant l'inaptitude générale de cette méthode pour l'étude des propriétés de transport des CNTs. Pour permettre une visualisation simultanée lors des expériences de transport sur des CNTs, nous nous sommes également investis dans le développement et la construction de deux portes échantillons TEM in-situ pour des expériences de transport sur des CNTs individuels, dont l'un est en plus conçu pour leur manipulation mécanique. La deuxième partie décrit les expériences corrélées de diffraction électronique et de spectroscopie de Raman résonnant que nous avons effectuées sur des CNTs individuels et de petits fagots. Nos expériences sur les CNTs individuels présentent une confirmation directe des prédictions théoriques (incluant les effets excitoniques et de corrélation) sur la dépendance des énergies des transitions optiques des CNTs de leur structure. Dans nos expériences sur les petits fagots, nous avons pu observer deux effets de couplage différents entre des CNTs égaux et entre des CNTs inégaux.

This PhD thesis consists of two parts: the first deals with the electrical transport properties of individual carbon nanotubes (CNTs) and the second with their optical properties. The first part describes the ex-situ and in-situ experiments (inside a transmission electron microscope (TEM)) which we have performed on individual CNTs according to the liquid metal contact method. Our experiments show that this method is not reliable and that results obtained this way (being until now interpreted in terms of ballistic transport properties of CNTs) have to be reinterpreted. These observations are completed by a classical model which demonstrates the general inaptitude of this method for the study of the transport properties of the CNTs. In order to allow a simultaneous visualization during electrical transport experiments on individual CNTs, we have also got involved with the development and construction of two in-situ TEM holders for transport experiments on individual CNTs, one of which is also designed for their mechanical manipulation. The second part describes the correlated electron diffraction and resonant Raman spectroscopy experiments which we have performed on individual CNTs and small bundles. Our experiments on individual CNTs present a direct validation of the theoretical predictions (including the excitonic and correlation effects) of the dependency of the optical transition energies of the CNTs on their structure. In our experiments on small bundles, we have been able to observe two different coupling effects: a degeneracy lifting of the optical transition energy in a homogenous bundle and a mechanically mediated energy transfer between unequal CNTs in a bundle.