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Projet ANR (programme P2N 2012)

SNAP : atomically flat colloidal Semiconductor NAnoPlatelets

octobre 2012 – septembre 2016

Le projet ANR SNAP porte sur la synthèse, la caractérisation structurale et spectroscopique, et la modélisation physique de nouveaux nano-objets semiconducteurs très remarquables obtenus par la méthode de croissance colloïdale.

Contexte

Il s’agit de nanoplaquettes (NPs), dont l’épaisseur est parfaitement quantifiée et qui ont des dimensions latérales très grandes, jusqu’à plus de 100 fois leur épaisseur. Ces nanoplaquettes semiconductrices, ou « puits quantiques colloïdaux » ont récemment été synthétisées par l’équipe qui coordonne ce projet, et qui focalise sur ce sujet un effort considérable. Structurellement, il s’agit de cristaux de semiconducteurs ayant une forme de plaquette dont l’épaisseur est contrôlée à l’atome près. Ces NPs ont un confinement quantique très grand dans la direction [001], et presque négligeable dans les directions transverses, à l’instar des puits quantiques épitaxiés que l’on fabrique par MBE ou MOCVD. De fait, ces NPs présentent une absorption optique similaire à celle des puits quantiques, et un temps de vie de fluorescence beaucoup plus court que ceux usuellement rapportés pour des objets colloïdaux. Ce nouveau type de matériau colloïdal, dont la croissance est contrôlée au plan atomique près a été synthétisé pour trois matériaux différents : CdSe, CdS et CdTe. Dans les troix cas, la phase cristalline observée est la blende de zinc.[1]

[1]S. Ithurria et al., Nature Materials 10, 936–941 (2011) [doi:10.1038/nmat3145]

Objectifs

Nous proposons dans ce projet de comprendre d’un point de vue mécanistique la synthèse de ces objets, de l’étendre à d’autres matériaux, et de générer sur le même principe des hétérostructures. D’un point de vue spectroscopique, nous essayerons de caractériser plus en profondeur la transition avec une force d’oscillateur géante mise en évidence récemment. Il s’agira de caractériser ce nouveau matériau en longueur d’onde, à différentes températures, en mesures d’ensemble aussi bien que sur particules uniques pour des particules de dimensions latérales différentes. Nous étudierons également la mémoire de polarisation de spin sur ces matériaux. D’un point de vue théorique, nous nous intéresserons tant aux propriétés mécaniques qu’aux propriétés électroniques et optiques. Nous étudierons ces nouveaux objets avec une approche ab initio (codes ABINIT, SIESTA) pour examiner la relaxation des positions atomiques, combinée avec un calcul en liaisons fortes des propriétés électroniques et optiques. Ce projet réunit des chimistes inorganiciens qui travaillent depuis plusieurs années sur la compréhension des synthèses de particules inorganiques, des physicochimistes ayant mis au point la première synthèse de NPs d’épaisseur contrôlée à l’atome près, des spécialistes de mesures spectroscopiques et structurales ainsi que des théoriciens experts en modélisation atomistique. Les résultats préliminaires ont été fortement augmentés par rapport à la soumission de l’année dernière et témoignent de la forte motivation des différents partenaires pour s’investir dans ce projet.

Production scientifique

Voir dans la collection Foton sur HAL

Partenaires

CNRS-LPEMCNRS-LPNCNRS-LHC – Ioffe Institute (St Petersburg, Russie) – NRL (Washington, USA)
(groupe(s) Foton impliqué(s) : OHM)

Coordinateur

CNRS-LPEM (Benoit Dubertret)
(responsable Foton : Jacky EVEN)

Financements

ANR P2N 2012 : 500 k€ (dont 70 k€ pour Foton)

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