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Projet ANR (programme BLAN)

PEROCAI : Pérovskites en cavité

novembre 2010 – octobre 2014

Le projet concerne l’étude de pérovskites hybrides organique-inorganique. L’accent est mis sur la physique des polaritons, la modélisation des bandes d’énergie et des propriétés optiques en combinant les calculs ab-initio et semi-empiriques.

Contexte

Les microcavités verticales (de type Pérot-Fabry) fonctionnant dans le régime de couplage fort sont très étudiées dans le contexte du laser à polariton et de la condensation de Bose-Einstein en phase solide. Les effets de cohérence et de stimulation ont été récemment démontrés dans les semiconducteurs inorganiques ‘conventionnels’, les effets physiques sont observés à basse température dans ces structures. Jusqu’à présent, les essais tentés pour étudier ces processus physiques avec des matériaux organiques ont échoué.Les matériaux hybrides organiques-inorganiques sont considérés comme des matériaux innovants. L’accord de leurs propriétés structurales à l’échelle nanométrique conduit à des propriétés uniques sur les plans électroniques et optiques qui ne sont typique ni de la partie organique ou de celle inorganique prises à part. C’est le cas pour les couches pérovskites à base de halogénures qui forment des systèmes auto-organisés bidimensionnelles et présentent de fortes propriétés de confinement quantique avec des excitons de type Wannier en configuration idéale.

Objectifs

Dans ce projet, nous proposons d’utiliser des puits quantiques organique-inorganique comme matériau actif dans des microcavités verticales pour démontrer l’existence d’effets stimulés à température ambiante. Les puits quantiques moléculaires utilisés dans cette étude appartiennent à la famille des pérovskites, des molécules hybrides organique-inorganique. L’arrangement à l’échelle nanométrique de ces composés organique-inorganique donne lieu à des propriétés électroniques et optiques spéciales, qui ne sont ni les propriétés du composant organique seul ni les propriétés du composant inorganique seul. Les pérovskites que nous étudions s’auto-assemblent en une structure multi-feuillets formant une structure bidimensionnelle qui a les caractéristiques d’un semiconducteur et qui montre des propriétés de fort confinement quantique. Parce que le régime de couplage fort en microcavités verticales a été atteint à température ambiante et parce que l’énergie de l’exciton peut être facilement adaptée, les couches de pérovskite sont de bons candidats pour être utilisées comme matériau actif dans des microcavités verticales et pour étudier les effets polaritoniques.

Résultats majeurs


- Phys. Rev. B 2012 [hal-00753888]
- J. Phys. Chem. Lett. 2013 [hal-00920110]
- RRL solar 2014 [hal-00920121]
- J. Phys. Chem. Lett. 2014 [hal-01079712]

Production scientifique

Voir dans la collection Foton sur HAL

Retombées

amorcage du projet pérovskites pour le PV

Partenaires

ENS-Cachan/LPQM/PPSM – LPN-CNRS
(groupe(s) Foton impliqué(s) : Simulation)

Coordinateur

Emanuelle Deleporte
(responsable Foton : Jean-Marc JANCU)

Financements

ANR, programme BLANC SIMI 10 : 775 000 euros, dont 185 000 pour Foton.