THESE Huu Thoai Ngo : « Optical and Electronic Properties of Colloidal CdSe Nanoplatelets and Related Heterostructures”

Jury :

Supervisors:
Dr. Louis BIADALA (IEMN – CNRS) – Director of thesis
Prof. Iwan MOREELS (PCN group, Ghent University) – Co-supervisor

The committee consists of:
Dr. Bruno GRANDIDIER (IEMN-CNRS) – Committee President
Dr. Amandine BELLEC (MPQ – CNRS, Paris Cité University) – Reviewer
Prof. Sandrine ITHURRIA (ESPCI-Paris, PSL Research University, Sorbonne
University) – Reviewer
Dr. Benoit MAHLER (ILM – Claude Bernard Lyon 1 University) – Examiner
Prof. Jean-Pierre HERMIER (University of Versailles St-Quentin-en-Yvelines) – Examiner
Prof. Jolien DENDOOVEN (Ghent University) – Examiner

Summary:

Les nanoplaquettes colloïdales (NPL) (par exemple CdSe, PbSe) constituent une classe intéressante de nanomatériaux, qui ont attiré une attention considérable en raison de la combinaison de leur forme spécifique avec des propriétés électroniques uniques. Par exemple, les LNP de CdSe présentent un fort effet de confinement quantique le long de l’épaisseur, ce qui se traduit par des propriétés optoélectroniques accordables. Cependant, les NPL colloïdaux contiennent de nombreux défauts de surface causés par des défauts structurels et des liaisons pendantes non passivées (DB), ce qui réduit fortement l’efficacité quantique de la PL. Toutes les liaisons pendantes ne sont pas nuisibles aux applications potentielles des NPL. Il a été démontré que les spins DB de surface modifient les propriétés optiques et magnétiques des NPLs de CdSe, via leurs interactions avec un spin électronique localisé dans les NPLs. Ces interactions de spin provoquent des effets magnéto-optiques intéressants dans les NPLs de CdSe. Pour exploiter les NPLs dans des applications optoélectroniques, une compréhension profonde de leurs propriétés fondamentales, à l’échelle d’un nanocristal individuel, est nécessaire. Dans cette thèse, nous avons utilisé la microscopie à effet tunnel à basse température (LT-STM) et la spectroscopie (STS) pour étudier les propriétés structurelles et électroniques des NPLs individuels à l’échelle nanométrique. En outre, nous avons utilisé la spectroscopie de magnéto-photoluminescence (PL) pour étudier les propriétés optiques de CdSe et de CdSe/CdS noyau/couronne. Les résultats obtenus donnent un aperçu de la structure des bandes électroniques (par exemple, bande interdite, états de défaut…) et des propriétés optiques des NPL, en particulier le confinement quantique et les effets magnéto-optiques.

Abstract:

Colloidal nanoplatelets (NPLs) (e.g. CdSe, PbSe) are an interesting class of nanomaterials, that have attracted considerable attention due to the combination of their specific shape with unique electronic properties. For example, CdSe NPLs exhibit a strong quantum confinement effect along the thickness, resulting in tunable optoelectronic properties. However, colloidal NPLs contain many surface defects caused by structural defects and unpassivated dangling bonds (DBs), which strongly reduces the PL quantum efficiency. Not all dangling bonds are harmful to the potential applications of NPLs. Surface DB spins have been shown to alter the optical and magnetic properties of CdSe NPLs, via their interactions with an electron spin localized in NPLs. These spin interactions cause interesting magneto-optical effects in CdSe NPLs. To exploit NPLs in optoelectronic applications, a deep understanding of their fundamental properties, at the scale of an individual nanocrystal, is necessary. In this thesis, we used low-temperature scanning tunneling microscopy (LT-STM) and spectroscopy (STS) to investigate the structural and electronic properties of individual NPLs at the nanoscale. In addition, we used magneto-photoluminescence (PL) spectroscopy to investigate the optical properties of CdSe and CdSe/CdS core/crown NPLs. The obtained results provide insight into the electronic band structure (e.g. band gap, defect states…) and optical properties of NPLs, in particular quantum confinement and magneto-optical effects.