Méthodes expérimentales de l’optique non linéaire
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Par l’expérience acquise avec des matériaux organiques pour cette spectroscopie, les
mécariismes conduisant au hole-burning permanent sont habituellement classés en deux
catégories : le hole-burning photochimique (traditionnellement noté PHB, acronyme de
photochemical hole-burning) et le hole-burning photophysique (noté NPHB, pour Non PHB),
Nous les décrivons ici.
Dans un mécanisme photochimique, les particules photoréactives (molécules,
nanocristaux ...) subissent des changements chimiques importants. L’absorption optique du
produit de cette réaction chimique se fait généralement dans une région spectrale différente de
celle des réactifs de départ. Le nouveau spectre d’absorption peut ainsi se trouver fortement
déplacé vers les hautes ou vers les basses énergies.
Au contraire, dans le cas du hole-burning photophysique, c’est l’interaction entre les
particules photoréactives et leur environnement (solvant, matrice) qui est modifiée par
l’interaction avec la lumière. L‘absorption du produit n’est que très peu décalée spectralement
par rapport à celle des réactifs de départ et l’absorption intégrée sur tout le spectre est
identique à celle des réactifs.
L’exploration sur une zone spectrale étendue d’un spectre de hole-burning permanent
acquis sur l’échantillon de nanocristaux de 2,8nm de rayon moyen montre que les
changements de transmission à la position du laser excitateur sont superposés à une
absorption induite présentant deux maxima centrés à environ 3,03 et 3,30 eV.
La séparation énergétique entre les différentes structures observées étant relativement
importante, le mécanisme du hole-burning permanent dans nos échantillons est probablement
de nature photochimique. Il est possible que, sous une forte intensité d’excitation, un porteur
photo-excité (électron ou trou) soit éjecté en dehors du volume du nanocristal et se trouve
piégé soit à l’interface semi-conducteur-matrice, soit dans la matrice elle-même. Le champ
électrique statique créé par la séparation de l’électron et du trou peut être la cause d’un effet
Stark électro-optique. Ce mécanisme réactionnel aboutit à un produit stable et permet
d’expliquer le caractère permanent des spectres de hole-burning de nature photochimique.
C’est le mécanisme généralement envisagé dans la littérature. I1 devient de plus en plus
probable lorsque la taille des nanocristaux diminue, la barrière de potentiel à l’interface entre
le semi-conducteur et la matrice diminuant lorsque l’énergie de confinement augmente.
4. PHOTOLUMINESCENCE ET AMPLIFICATION OPTIQUE DUES À DES
PROCESSUS DE COLLISION
Dans le paragraphe 2 nous avons déjà introduit les biexcitons comme nouvelles quasiparticules [l, 291 qui peuvent être excitées par absorption à deux photons. Ils peuvent relaxer
sur leur courbe de dispersion et se recombiner radiativement par exemple en une b.i.p. de
caractère excitonique et une autre b.i.p. de caractère photonique. Cette dernière est observée
comme émission de l’échantillon appelée “ luminescence ”. Dans le cas des biexcitons, cette
recombinaison a lieu avec une conservation d’énergie et de la quantité de mouvement
(équation (33)). Dans la figure 8, les raies de luminescence N ont pu être identifiées à ce
processus de recombinaison de biexcitons qui ont une faible énergie cinétique à cause de leur
création par absorption résonante de deux photons.
Dans cet exemple, des b i p . de caractère excitonique sont créées en grande densité. Elles
peuvent se coupler à deux et, par émission d’un phonon optique, créér de nouveau un
biexciton qui possède une importante énergie cinétique. Ceci est dû au fait que l’énergie et le
vecteur d’onde de l’ensemble des quasi-particules impliqués dans le processus doit être
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Par l’expérience acquise avec des matériaux organiques pour cette spectroscopie, les
mécariismes conduisant au hole-burning permanent sont habituellement classés en deux
catégories : le hole-burning photochimique (traditionnellement noté PHB, acronyme de
photochemical hole-burning) et le hole-burning photophysique (noté NPHB, pour Non PHB),
Nous les décrivons ici.
Dans un mécanisme photochimique, les particules photoréactives (molécules,
nanocristaux ...) subissent des changements chimiques importants. L’absorption optique du
produit de cette réaction chimique se fait généralement dans une région spectrale différente de
celle des réactifs de départ. Le nouveau spectre d’absorption peut ainsi se trouver fortement
déplacé vers les hautes ou vers les basses énergies.
Au contraire, dans le cas du hole-burning photophysique, c’est l’interaction entre les
particules photoréactives et leur environnement (solvant, matrice) qui est modifiée par
l’interaction avec la lumière. L‘absorption du produit n’est que très peu décalée spectralement
par rapport à celle des réactifs de départ et l’absorption intégrée sur tout le spectre est
identique à celle des réactifs.
L’exploration sur une zone spectrale étendue d’un spectre de hole-burning permanent
acquis sur l’échantillon de nanocristaux de 2,8nm de rayon moyen montre que les
changements de transmission à la position du laser excitateur sont superposés à une
absorption induite présentant deux maxima centrés à environ 3,03 et 3,30 eV.
La séparation énergétique entre les différentes structures observées étant relativement
importante, le mécanisme du hole-burning permanent dans nos échantillons est probablement
de nature photochimique. Il est possible que, sous une forte intensité d’excitation, un porteur
photo-excité (électron ou trou) soit éjecté en dehors du volume du nanocristal et se trouve
piégé soit à l’interface semi-conducteur-matrice, soit dans la matrice elle-même. Le champ
électrique statique créé par la séparation de l’électron et du trou peut être la cause d’un effet
Stark électro-optique. Ce mécanisme réactionnel aboutit à un produit stable et permet
d’expliquer le caractère permanent des spectres de hole-burning de nature photochimique.
C’est le mécanisme généralement envisagé dans la littérature. I1 devient de plus en plus
probable lorsque la taille des nanocristaux diminue, la barrière de potentiel à l’interface entre
le semi-conducteur et la matrice diminuant lorsque l’énergie de confinement augmente.
4. PHOTOLUMINESCENCE ET AMPLIFICATION OPTIQUE DUES À DES
PROCESSUS DE COLLISION
Dans le paragraphe 2 nous avons déjà introduit les biexcitons comme nouvelles quasiparticules [l, 291 qui peuvent être excitées par absorption à deux photons. Ils peuvent relaxer
sur leur courbe de dispersion et se recombiner radiativement par exemple en une b.i.p. de
caractère excitonique et une autre b.i.p. de caractère photonique. Cette dernière est observée
comme émission de l’échantillon appelée “ luminescence ”. Dans le cas des biexcitons, cette
recombinaison a lieu avec une conservation d’énergie et de la quantité de mouvement
(équation (33)). Dans la figure 8, les raies de luminescence N ont pu être identifiées à ce
processus de recombinaison de biexcitons qui ont une faible énergie cinétique à cause de leur
création par absorption résonante de deux photons.
Dans cet exemple, des b i p . de caractère excitonique sont créées en grande densité. Elles
peuvent se coupler à deux et, par émission d’un phonon optique, créér de nouveau un
biexciton qui possède une importante énergie cinétique. Ceci est dû au fait que l’énergie et le
vecteur d’onde de l’ensemble des quasi-particules impliqués dans le processus doit être