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Theses Year : 2013

Spectroscopy of Colloidal Quantum Dots of Controlled Shape and Size

Spectroscopie de boîtes quantiques colloïdales de forme et taille contrôlée

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1
Arjen Toni Dijksman
  • Function : Author
  • PersonId : 947390

Abstract

Colloidal semiconductor nanocrystals, also called quantum dots, show properties of absorption and luminescence that find practical applications, such as biomedical imaging, light-emitting diodes and photovoltaics. In this thesis, we have synthesized CdSe quantum dots of different sizes and have improved their luminescent properties by growing a thick shell of CdS. We characterized these core-shell CdSe/CdS quantum dots with confocal fluorescence microscopy, correlating their photoluminescence with their cathodoluminescence and with their transmission electron microscopy images. This correlation was used to determine that the photoluminescence energy corresponds to the cathodoluminescence energy. We propose a model that describes the electron's path in a nanocrystal. This results in a linear equation that relates the energy of excitonic transitions to the size of the nanocrystal. This equation takes into account a phase jump and a time delay that corresponds to the electron bouncing at the surface. Probing this equation with experimental data reveals remarkable invariants that indicate that it can be applied to various materials in the 1D, 2D and 3D strong quantum confinement range.
Les nanocristaux semi-conducteurs colloïdaux, aussi dénommés boîtes quantiques colloïdales, présentent des propriétés d'absorption et de luminescence qui peuvent trouver des applications pratiques, par exemple dans l'imagerie biomédicale, dans les diodes électroluminescentes et dans le photovoltaïque. Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à synthétiser des nanocristaux CdSe de différentes tailles et à améliorer leurs propriétés de luminescence par la croissance d'une coque épaisse de CdS. Nous avons caractérisé ces nanocristaux coeur-coque CdSe/CdS en microscopie confocale de fluorescence, en corrélant la photoluminescence des mêmes nanocristaux uniques en cathodoluminescence et en imagerie de microscopie électronique à transmission. Cette corrélation a permis de déterminer que l'énergie de photoluminescence de ces nanocristaux correspond à celle de cathodoluminescence. A partir d'une modélisation du chemin de l'électron dans le nanocristal, nous proposons une relation qui relie l'énergie des transitions excitoniques à sa taille, de façon linéaire. Cette relation tient compte d'un saut de phase et d'un délai qui correspondent à l'électron rebondissant à la surface. La confrontation de cette relation aux données expérimentales fait ressortir des invariants remarquables qui indiquent que cette relation est transposable à plusieurs matériaux en confinement quantique fort 1D, 2D et 3D.
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Dates and versions

pastel-00876357 , version 1 (24-10-2013)

Identifiers

  • HAL Id : pastel-00876357 , version 1

Cite

Arjen Toni Dijksman. Spectroscopy of Colloidal Quantum Dots of Controlled Shape and Size. Micro and nanotechnologies/Microelectronics. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2013. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00876357⟩
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