Benoît Dubertret et son équipe publient dans Nature Materials

Benoît Dubertret et son équipe (Laboratoire de physique et d’étude des matériaux, UMR CNRS 8213) publient dans Nature Materials

A propos de l’article

Les particules cristallines semi conductrices de taille nanométrique, ou nano-cristaux (quantum dots en anglais) sont au cœur de cette recherche. Elles sont ici colloïdales, c’est-à-dire en solution. Leur petite taille leur confère des propriétés exceptionnelles, à mi-chemin entre celles de l’atome et du solide massif. Excités par une source d’énergie photonique, ces nano-cristaux semi conducteurs ont la particularité d’émettre une lumière fluorescente, lumière dont la couleur change avec la taille des nano-cristaux. Maitriser leur taille permet de maitriser la couleur mais aussi l’intensité des émissions lumineuses.

Depuis 20 ans, les progrès réalisés dans le contrôle et les méthodes de production des nano-cristaux sont fulgurants.

• 1993 : première synthèse organométallique de nano-cristaux sphériques, avec un confinement des charges 3D (au MIT),
• 2000 : première synthèse de nano-bâtonnets, avec un confinement des charges 2D (à Berkeley),
• 2008 : première synthèse de nano-plaquettes de 2 nanomètres d’épaisseur sur quelques dizaines de nanomètres de côté avec un confinement des charges 1D (à l’ESPCI ParisTech),
• 2011 : Benoît Dubertret et son équipe réussissent à synthétiser des nano-plaquettes « atomiquement » plates, avec des temps de vie de fluorescence ultra courts (à l’ESPCI ParisTech).

Atomiquement plates ?

Dans cette configuration, le temps « de vie » de la fluorescence des nano-plaquettes devient très bref. Elles sont donc particulièrement brillantes car elles émettent bien plus vite que les nano-particules sphériques par exemple. La précision atomique permet de définir des couleurs d’une pureté inégalée. Ces progrès ouvrent des perspectives intéressantes pour l’industrie (diodes électroluminescentes, imagerie…) et la recherche. « C’est très excitant car nous sommes aussi à une croisée de chemins » souligne Benoît Dubertret qui estime que ces matériaux aux propriétés inédites vont guider la physique vers de nouveaux horizons.

Résumé de l’article :

Les synthèses de nano-cristaux fortement anisotropes, dont l’une des dimensions est significativement inférieure aux deux autres, comme les nano-plaquettes, sont encore aujourd’hui largement sous-développées. Ici, nous montrons la formation de nano-plaquettes colloïdales quasi-bidimensionnelles de CdSe, CdS et CdTe. Ces nano-plaquettes sont planes à l’échelle atomique et ont des épaisseurs parfaitement définies allant de 4 à 11 couches atomiques. Ces nano-plaquettes possèdent les propriétés électroniques de puits quantiques à deux dimensions formés par épitaxie par jet moléculaire ; leur absorption et leur spectre d’émission, qui dépendent de leur épaisseur, sont très bien décrits à travers le modèle à huit bandes de Pidgeon-Brown. Les nano-plaquettes ont un spectre d’émission extrêmement fin avec une largeur à mi-hauteur de moins de 40 meV à température ambiante. Le temps de vie de fluorescence mesuré sur les nano-plaquettes de CdSe décroît avec la température, atteignant 1 ns à 6 K - inférieur de deux ordres de grandeur à celui des nanoparticules sphériques de CdSe. Ceci fait de ces nano-plaquettes les émetteurs de fluorescence colloïdaux les plus rapides et suggère fortement qu’ils possèdent une transition avec une force d’oscillateur géante.

Consulter l’article complet (en anglais)