Nano-plaquettes colloïdales atomiquement plates – SNAP

Ce projet de recherche fondamentale 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. Il s’agit de nanoplaquettes, 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 semi-conducteurs ayant une forme de plaquette dont l’épaisseur est contrôlée à l’atome près. Ces nanoplaquettes (NP) 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, nous avons montré que 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 (au moins dans une direction) a été synthétisé pour trois matériaux différents, CdSe, CdS et CdTe. Dans les troix cas, la phase cristalline observée est la blende de zinc. 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 physico-chimistes 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.