Contrôle de la luminescence de semi-conducteurs bidimensionnels à l’échelle sub-nanométrique

Tailoring the luminescence of atomically-thin semiconductors with sub-nanometer resolution

• Auteur / Autrice : Luis Enrique Parra Lopez
• Direction : Guillaume Schull, Stéphane Berciaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Nanophysique
• Date : Soutenance le 07/07/2021
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de physique et chimie des matériaux (Strasbourg)
• Jury : Président / Présidente : Nathalie Viart
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Lukas Novotny, Bruno Schuler
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Emmanuel Baudin, Bernhard Urbaszek

Mots clés

Mots clés contrôlés

Métaux de transition -- Composés

Spectroscopie de luminescence

Propriétés optiques

Hétérostructures

Mots clés libres

Spectroscopie de photoluminescence

STM

Optoélectronique

STML

Matériaux 2D

Graphène

Dichalcogénures de métaux de transition

Hétérostructures de van der Waals

Transfert de charge

Transfert d’énergie

Photoluminescence spectroscopy

STM

Optoelectronics

STM-induced luminescence

Two dimensional materials

Graphene

Transition metal dichalcogenides

Van der Waals heterostructures

Charge transfer

Energy transfer

Résumé

Dans cette thèse, nous présentons une étude des propriétés optiques des hétérostructures de van der Waals avec une résolution sub-nanométrique. Pour y parvenir, nous utilisons une approche unique combinant des spectroscopies optiques résolues spatialement et temporellement. Nous utilisons ces techniques pour caractériser des hétérsotructures de van der Waals composées d’une monocouche de dichalcogénure de métaux de transition (TMD) coupleé à une ou plusieurs couches du graphène. Tout d’abord, nous montrons comment nous fabriquons ces hétérostructures. Ensuite, nous caractérisons en profondeur le couplage entre les couches de ces hétérostructures à basse température. Nous étudions ensuite la luminescence induite par une pointe de microscope à effet tunnel (STML) afin de sonder l’effet de l’environnement nanoscopique sur les propriétés optiques de nos échantillons. Ce travail met en évidence la richesse de la physique des hétérostructures de van der Waals et ouvre la voie à des études où des matériaux 2D peuvent être sondés à l’échelle atomique.

In this thesis, we present an investigation of the optical properties of van der Waals heterostructures with sub-nm resolution. To achieve this, we use a unique approach combining time- and spatially-resolved optical spectroscopies together with STM-induced luminescence (STML). We use these techniques to characterize van der Waals heterostructures made from a monolayer transition metal dichalcogenides (TMDs) coupled to graphene mono- or few-layers. First, we show how we fabricate these heterostructures. Then, we thoroughly characterize the interlayer coupling in various heterostructures at low temperatures. We then use STML to investigate the effect of the nanoscopic landscape on the optical properties of TMD-based heterostructures. This work sheds light on the rich physics in van der Waals heterostructures and paves the way for investigations where 2D-materials can be probed at the nanoscale.