Délocalisation des eXcitons à Transfert de Charge dans les hétéro-nanostructures 2D colloïdales – DeXCTer

Ces dix dernières années le développement de matériaux semi-conducteurs bidimensionnels (2D) a été fortement stimulé par l’émergence des nanostructures ultrafines, d’épaisseur contrôlée à la monocouche atomique et présentant un fort caractère excitonique. Parmi elles, les nanoplaquettes (NPLs) colloïdales de semiconducteur II-VI, avec leur grande section efficace d’absorption et rendement quantique de photoluminescence important, se sont révélées particulièrement prometteuses pour la réalisation de dispositifs à émission de lumière tels que les LEDs et lasers. Le prochain défi à relever concerne le couplage électronique de ces nanoplaquettes entre elles, notamment au sein d’hétéro-structures. Afin d’augmenter l’efficacité de conversion lumière-électricité dans les dispositifs tels que les cellules solaires ou photodétecteurs, nous proposons dans ce projet de cibler deux enjeux majeurs :
- contrôler le couplage électronique entre NPLs dans des hétérostructures dans le plan et hors plan afin d’obtenir des excitons à transfert de charge, tout en maîtrisant la qualité de l’interface ;
- réduire l’écart énergétique de l’alignement dans l’hétérostructure en dessous du seuil imposé par l’énergie de liaison des excitons dans ces systèmes en jouant sur la délocalisation de l’exciton et sur son caractère à transfert de charge.
Pour ce faire, nous combinerons les méthodes de synthèse colloïdales avec des techniques de spectroscopie optique avancées qui cibleront les dynamiques des états à transfert de charge (taux de transfert et de dissociation) ainsi que leurs propriétés mécaniques (couplage aux phonons, rôle de la qualité de l’interface). Le but ultime du projet DeXCTer sera d’exploiter les effets d’un champ électrique externe sur la délocalisation de l’exciton et sur son caractère à transfert de charge, afin de maximiser l’efficacité des processus dynamiques de transfert de charge et de dissociation qui en résultent.