Nanoplaquettes fluorescentes : encapsulation, caractérisation optique et intégration dans des dispositifs optoélectroniques

Fluorescent nanoplatelets : encapsulation, optical characterisation and integration into optoelectronic devices

• Auteur / Autrice : Emilio Garcia le yaouanq
• Direction : Jean-Pierre Hermier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 28/10/2021
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Interfaces : matériaux, systèmes, usages (Palaiseau, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Groupe d’Etude de la Matière Condensée (GEMAC)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Université de Versailles-Saint-Quentin-en-Yvelines (1991-....)
• Jury : Président / Présidente : Delphine Marris-Morini
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Pierre Hermier, Agnès Maître, Stéphane Berciaud, Louis Biadala, Michele D'Amico
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Agnès Maître, Stéphane Berciaud

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nanotechnologie

Boîtes quantiques

Nanoparticules

Nanocristaux d'or

Résonance plasmonique de surface

Nanocristaux

Optoélectronique

Diodes à semiconducteur

Diodes électroluminescentes

Théorie ondulatoire de la lumière

Optique -- Instruments

Nanoélectronique

Nanotechnologie

Mots clés libres

Nanotechnologie

Optique

Optoélectronique

Semi-Conducteurs

Nanoplaquettes

Plasmon

Nanotechnology

Optics

Optoelectronics

Semi-Conductors

Nanoplatelets

Plasmon

Résumé

Les nanoplaquettes colloïdales sont des fluorophores de semi-conducteur bidimensionnels de taille nanométrique. Fluorescentes à température ambiante et synthétisées par voie chimique, ces nanostructures ont émergé comme une nouvelle classe de nanoémetteurs très prometteurs pour un large champ d'applications telles que les technologies quantiques, l’optoélectronique et encore les marqueurs biologiques. Leur confinement quantique est unidimensionnel, selon l’épaisseur contrôlable à la monocouche atomique près lors de la production. Il permet une excellente homogénéité des propriétés optiques, avec des bandes d’émission et d’absorption allant de l'ultraviolet au proche infrarouge du spectre électromagnétique. Malgré leurs avantages, une illumination prolongée et des réactions avec l'environnement chimique sont rapportées pour modifier leur structure et dégrader leurs propriétés d’émission.Dans ce travail de thèse, la stratégie retenue est d'intégrer ces émetteurs au centre d'une bille amorphe, pouvant également être complétée par une barrière de métal noble chimiquement inerte. Nous caractérisons les propriétés optiques d'hétéro-nanoplaquettes cœur/double-coque de CdSeS/CdS/ZnS, encapsulées dans des matrices protectrices d’oxydes métalliques et hybrides de SiO2/Au. Ces structures sont étudiées sous les régimes de puissance d'excitation optique et de contraintes thermiques classiques des afficheurs lumineux. La réponse de leur fluorescence y est caractérisée. Au travers de protocoles de spectrométrie originaux et de mesures en microscopie confocale, les mécanismes photochimiques induits par une exposition prolongée à ces conditions sont identifiés. Des stratégies d’amélioration de ces hétérostructures et de simulation de leur vieillissement sont proposées dans la perspective d’applications industrielles aux dispositifs optoélectroniques, où cette nouvelle génération d'émetteurs serait intégrée comme convertisseurs de lumière.

Colloidal nanoplatelets are two-dimensional semiconductor fluorophores of nanometer size. Fluorescent at room temperature and chemically synthesised, these nanostructures have emerged as a new class of nano-emitters with great promise for a wide range of applications such as quantum technologies, optoelectronics and even bio-markers. Their quantum confinement is one-dimensional, with a thickness that can be controlled to the nearest atomic monolayer during production. It provides excellent homogeneity of optical properties, with emission and absorption bands ranging from the ultraviolet to the near infrared of the electromagnetic spectrum. Despite their advantages, prolonged illumination and reactions with the chemical environment are reported to modify their structure and degrade their emission properties.In this thesis work, the selected strategy is to integrate these emitters in the centre of an amorphous bead, which can also be surrounded with a chemically inert noble metal barrier. We characterise the optical properties of CdSeS/CdS/ZnS core/double-shell hetero-nanoplanets, encapsulated in metal oxide and SiO2/Au hybrid protective matrices. These structures are studied under the classical optical excitation power and thermal stress regimes of light displays. Their fluorescence response is characterised. Through new spectrometry protocols and confocal microscopy measurements, the photochemical mechanisms induced by prolonged exposure to these conditions are identified. Strategies for improving these heterostructures and simulating their ageing are proposed in the context of industrial applications in optoelectronic devices where this new generation of emitters would be integrated as light down-converters.