Synthèse de nanoplaquettes épaisses de chalcogénures de cadmiumet étude des propriétés électroniques de nanoplaquettes de tellure de mercure
Auteur / Autrice : | Nicolas Moghaddam |
Direction : | Nicolas Lequeux, Sandrine Ithurria-Lhuillier |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Chimie des Matériaux |
Date : | Soutenance le 07/12/2021 |
Etablissement(s) : | Université Paris sciences et lettres |
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 (UMR 8213) / LPEM |
établissement opérateur d'inscription : Ecole supérieure de physique et de chimie industrielles de la Ville de Paris (1882-....) | |
Jury : | Président / Présidente : Philippe Barboux |
Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Lequeux, Sandrine Ithurria-Lhuillier, Philippe Barboux, Marie-Hélène Delville, Talal Mallah, Florence Volatron | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Marie-Hélène Delville, Talal Mallah |
Mots clés
Résumé
Les nanoplaquettes de chalcogénures de cadmium sont des semiconducteurs de la famille II-VI, dont l’épaisseur est contrôlée à la monocouche atomique près, permettant ainsi un contrôle fin de leurs propriétés optiques. Ces matériaux peuvent s’étendre sur une centaine de nanomètres et présenter une épaisseur de quelques nanomètres.Lorsque les nanoplaquettes de CdSe 3 monocouches sont passivées par des ligands halogénures à température ambiante grâce à un précurseur de CdX2 (X = Cl, Br, I), l’énergie surfacique diminue. En chauffant (160 °C), des monomères de CdSe se dissolvent des bords des nanoplaquettes pour cristalliser sur les grandes faces. Ici, les nanoplaquettes servent elles-mêmes de réservoir de chalcogénure La modification de la chimie de surface permet donc l’obtention d’objets plus épais jusqu’à 9 monocouches et monodisperses. La versatilité de cette méthode a été prouvée sur d’autres chalcogénures de cadmium.De plus, la compréhension du mécanisme de dissolution/recristallisation a permis de développer un outil de croissance de coque, d’épaisseur contrôlée. La synthèse d’homo- et hétérostructures originales a ainsi été effectuée. Pour la première fois, une couche de CdTe a pu être synthétisée sur des nanoplaquettes de CdSe et CdTe. Enfin, des nanoplaquettes de CdSe à marches au comportemet uniqueont aussi été synthétisées. Ces dernières constituent le premier exemple de semiconducteurs avec un confinement induisant un alignement de bande de type I intraparticulaire et sans contrainte structurale.Un autre aspect de mon travail s’est porté sur la compréhension de la structure électronique des nanoplaquettes de HgTe. Nous avons systématiquement exploré leurs diagrammes de phase en fonction du confinement, de la pression et de la température. Nos résultats montrent qu’en fonction de la pression, les nanoplaquettes (confinement fort) et les nanocristaux (confinement plus faible) de HgTe ont un comportement similaire au massif: la largeur de bande interdite augmente avec la pression. En revanche, en fonction de la température, le régime de confinement est déterminant. En diminuant la température de 300 K à 10 K, la largeur de bande interdite diminue pour les nanocristauxs les plus gros.Cette diminution est de moins en moins importante pour les nanocristauxs les plus confinés, jusqu’aux nanoplaquettes pour lesquelles la largeur de bande interdite augmente. La modélisation de cet effet a permis de mettre en évidence le rôle de la seconde bande de conduction, qui pour les nanoplaquettes, modifie la courbure de la première bande de conduction lorsque la température diminue.