Microscopie optique linéaire et non linéaire de matériaux stratifiés à l'échelle nanométrique

Linear and Nonlinear Optical Microscopy of Layered Materials at Nanoscale

• Auteur / Autrice : Lin Pan
• Direction : Pierre-Michel Adam, Dai Zhang
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux, Mécanique, Optique et Nanotechnologie
• Date : Soutenance le 14/03/2023
• Etablissement(s) : Troyes en cotutelle avec Eberhard-Karls-Universität (Tübingen, Allemagne)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Troyes, Aube)
• Partenaire(s) de recherche : Organisme gouvernemental étranger : CSC (China Scholarship Council)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Lumière- nanomatériaux et nanotechnologies / L2n
• Jury : Président / Présidente : Rodolphe Jaffiol
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre-Michel Adam, Dai Zhang, Rodolphe Jaffiol, Elizabeth Boer-Duchemin, Christophe J. Brabec, Monika Fleischer
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Elizabeth Boer-Duchemin, Christophe J. Brabec

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectroscopie Raman

Optique non linéaire

Matériaux -- Propriétés optiques

Microscopie confocale

Semiconducteurs

Mots clés libres

Semiconducteurs

Microscopie confocale

Propriétés optiques

Optique non linéaire

Spectroscopie Raman

Semiconductors

Confocal microscopy

Optical properties

Nonlinear optics

Raman spectroscopy

Résumé

Les techniques de caractérisation optique en tant qu'outils ultrasensibles et non destructifs, en révélant l'influence de la structure locale sur les propriétés optiques des couches semi-conductrices bidimensionnelles, ont fait l'objet d'une large attention. Dans cette thèse, la microscopie confocale à balayage maison avec un miroir parabolique est utilisée pour caractériser et comprendre la dépendance des propriétés structurelles des propriétés optiques linéaires et non linéaires des couches semi-conductrices bidimensionnelles. Les caractérisations structurelles des matériaux en couches sont préalablement réalisées avec un microscope optique à fond clair et une microscopie à force atomique. Tout d'abord, en utilisant la microscopie confocale à balayage couplée à un laser pulsé femtoseconde, nous sommes autorisés à démêler les propriétés de la structure, c'est-à-dire les irrégularités structurelles, la symétrie structurelle et l'orientation cristalline, des flocons WS2 et MoSe2 par optique non linéaire. Par la suite, combiné avec des modes laser d'ordre supérieur, l'influence des propriétés structurelles locales à la surface du flocon de MoSe2 sur l'amélioration Raman en utilisant des phtalocyanines de cuivre comme sonde est révélée. Enfin, une microscopie d'imagerie à espacement k est mise en œuvre sur la base de la microscopie confocale pour comprendre les dépendances de l'emplacement de l'échantillon et de l'épaisseur du film des modèles d'émission angulaires sur les films ultra-minces DH-P-TTA.

Optical characterization techniques as ultrasensitive and nondestructive tools, in revealing the influence of local structure on optical properties of two-dimensional semiconducting layers, have emerged widespread attention. In this thesis the home-built confocal scanning microscopy with a parabolic mirror is used to characterize and understand the structural properties dependency of linear and nonlinear optical properties of two-dimensional semiconducting layers. The structural characterizations of layered materials are preliminarily conducted with bright-field optical microscope together with atomic force microscopy. Firstly, by using the confocal scanning microscopy coupled with a femtosecond pulsed laser, we are allowed to unravel the structure properties, i.e., structural irregularities, structural symmetry, and crystal orientation, of WS2 and MoSe2 flakes by nonlinear optics. Subsequently, combined with higher order laser modes, the influence of local structural properties at the surface of MoSe2 flake on Raman enhancement using copper phthalocyanines as probe is revealed. Finally, a k-spacing imaging microscopy is implemented based on the confocal microscopy for understanding the sample location- and film thickness-dependencies of angular emission patterns on DH-P-TTA ultrathin films.