Développement de points quantiques de pérovskite pour la technologie de l'information quantique tout optique et la spintronique - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2023

Development of Perovskite Quantum Dots for All-Optical Quantum Information Technology and Spintronics

Développement de points quantiques de pérovskite pour la technologie de l'information quantique tout optique et la spintronique

Résumé

Lead halide perovskites have received great research interest in the past decade thanks to their excellent optoelectronic properties. Initially studied by the photovoltaic community, the material quickly became popular in quantum dots research after reliable synthetic routes to high-quality perovskite nanocrystals were devised. One important research direction for these nanocrystals is quantum technology. As devices operate with the principles of quantum mechanics, quantum-confined nanocrystals will become an essential component, with applications in single photon sources and spintronics. In a single photon source, a single nanocrystal plays the role of the emitter, and by proper excitation as well as the design of the surrounding medium, single photons can be emitted at determined interval and direction. In contrast to single photon sources, where only the intrinsic optical properties of nanocrystals are concerned, the use of nanocrystals in spintronics depends on the effects resulting from doping the particles with magnetic ions and creating a class of material known as diluted magnetic semiconductors. For lead halide perovskites, only a limited number of studies have been conducted compared to II-VI and III-V semiconductors. However, the research on perovskites, especially nanocrystals, is challenged by the poor stability of the materials. Therefore, this thesis has been carried out with the aim to passivate lead halide perovskite nanocrystals on a single particle level with an oxide shell, then study their integration into a single photon source structure known as nanopatch antenna, and their magneto-optical properties when doped with Mn2+ ions. The major results were i) the successful overcoating of CsPbBr3 nanocrystals with a homogeneous alumina shell, which led to an improvement of their photostability, and their successful incorporation into a nanopatch antenna device structure using silver nanocubes as resonators; ii) the doping of CsPbBr3 nanocrystals with aluminum, giving rise to a controllable blueshift of the absorption and emission spectra; iii) the controlled doping of CsPbBr3 nanocrystals with Mn2+ and the study of the magnetooptical properties.
Les pérovskites halogénées de plomb ont suscité un grand intérêt au cours de la dernière décennie grâce à leurs excellentes propriétés optoélectroniques. Initialement étudié par la communauté photovoltaïque, ces matériaux sont rapidement devenus populaires dans la recherche sur les points quantiques (quantum dots) après la mise au point de méthodes de synthèse pour obtenir des nanocristaux de pérovskite de haute qualité.La technologie quantique est un axe de recherche important pour ces nanocristaux. Pour les dispositifs fonctionnant selon les principes de la mécanique quantique, les quantum dots dont les propriétés obéissent les mêmes lois peuvent devenir un composant essentiel, avec des applications notamment dans les sources de photons uniques et la spintronique. Dans la première, un nanocristal unique joue le rôle d'émetteur et, grâce àune excitation appropriée et à la conception du milieu environnant, des photons uniques peuvent être émis à un intervalle et dans une direction déterminés. Contrairement à cette application, où seules les propriétés optiques intrinsèques des nanocristaux sont concernées, l'utilisation des nanocristaux en spintronique dépend des effets résultant du dopage des particules avec des ions magnétiques et de la création d'une classe dematériaux connus sous le nom de semi-conducteurs magnétiques dilués. En ce qui concerne l’utilisation des pérovskites halogénées de plomb pour ces applications, seul un nombre très limité d'études a été mené par rapport aux semi-conducteurs II-VI et III-V. La recherche sur les pérovskites, en particulier sous forme de nanocristaux, est confrontée à la faible stabilité de ces matériaux. Cette thèse a été réalisée dans le but depassiver les nanocristaux de pérovskite halogénée au niveau de la particule individuelle avec une coquille d'oxyde, puis d'étudier leur intégration dans une structure de source de photons uniques (nano-antenne patch), et leurs propriétés magnéto-optiques lorsqu'ils sont dopés avec des ions Mn2+. Les principaux résultats sont i) la synthèse de nanocristaux de CsPbBr3 avec une coquille d'alumine homogène, qui a conduit à une amélioration de leur photo-stabilité, et leur incorporation réussie dans une structure photonique avec des nanocubes d'argent agissant comme antenne ; ii) le dopage des nanocristaux de CsPbBr3 avec de l'aluminium, donnant lieu à un décalage bleu contrôlable des spectres d'absorption et d'émission ; iii) le dopage contrôlé des nanocristaux de CsPbBr3 avec du Mn2+ et l'étude des propriétés magnéto-optiques.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04483089 , version 1 (29-02-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04483089 , version 1

Citer

Minh Tuan Duong. Développement de points quantiques de pérovskite pour la technologie de l'information quantique tout optique et la spintronique. Chimie-Physique [physics.chem-ph]. Université Grenoble Alpes [2020-..], 2023. Français. ⟨NNT : 2023GRALV018⟩. ⟨tel-04483089⟩
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