Thèse Année : 2021

Tailoring the luminescence of atomically-thin semiconductors at the sub-nanometer scale.

Contrôle de la luminescence de semi-conducteurs bidimensionnels à l'échelle sub-nanométrique

Résumé

In this thesis, we present an investigation of the optical properties of van der Waals heterostructures with sub-nm resolution. To achieve this, we use a unique approach combining time- and spatially-resolved optical spectroscopies together with STM-induced luminescence (STML). We use these techniques to characterize van der Waals heterostructures made from a monolayer transition metal dichalcogenides (TMDs) coupled to graphene mono- or few-layers. First, we show how we fabricate these heterostructures. Then, we thoroughly characterize the interlayer coupling in various heterostructures at low temperatures. We then use STML to investigate the effect of the nanoscopic landscape on the optical properties of TMD-based heterostructures. This work sheds light on the rich physics in van der Waals heterostructures and paves the way for investigations where 2D-materials can be probed at the nanoscale.

Dans cette thèse, nous avons étudié les propriétés optiques des hétérostructures de van der Waals (VdW) avec une résolution sous-nanométrique. D’abord, nous avons caractérisé des hétérostructures composées d’une monocouche de dichalcogénure de métaux de transition (TMD) couplée à une (1LG) ou plusieurs (FLG) couches du graphène. Pour y parvenir, nous avons utilisé une approche unique combinant des spectroscopies optiques résolues spatialement et temporellement. Nous avons démontré que dû au couplage entre les couches, les spectres de photoluminescence de l’hétérostructure sont caractérisés par une seule raie fine provenant de l'exciton neutre. Ce résultat est conséquence d’un transfert d'énergie sélectif du TMD vers le 1LG combiné avec une neutralisation complète du TMD par le graphene. Cette approche nous garantit d’obtenir un échantillon parfaitement neutre tout en nous permettant d’exploiter ses propriétés optiques puisque l'exciton n'est presque pas affecté. Ensuite, nous avons étudié l’effet que l’environnement nanoscopique a sur les propriétés optiques des TMDs. Pour ce faire, nous avons fabriqué un échantillon constituée de MoSe2/FLG/Au(111) et l'avons étudiée à l'aide d'un microscope à effet tunnel (STM) travaillant à 6 K et sous ultravide. Dans cette architecture, le graphene agit à la fois comme un substrat plat et comme une couche de découplage de l’or, tout en préservant une partie de l’amplification plasmonique fourni par la jonction métallique. Grâce à cette approche, nous avons démontré pour la première fois la luminescence des TMDs induite par un STM à basse température. Cette étude ouvre la voie pour des futures travaux concernant les hétérostructures de vdW.

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  • HAL Id : tel-03583316 , version 2

Citer

Luis Enrique Parra Lopez. Tailoring the luminescence of atomically-thin semiconductors at the sub-nanometer scale.. Condensed Matter [cond-mat]. Université de Strabourg, 2021. English. ⟨NNT : 2021STRAE018⟩. ⟨tel-03583316v2⟩
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