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D. Ricard
4.3 Largeur de raie et sous-structure
Les spectres d’absorption et de luminescence des figures 1 et 2a montrent clairement que les
raies prévues par la théorie précédente sont fortement élargies. On connaît deux sortes d’élargissement : l’élargissement inhomogène et l’élargissement homogène. On devra aussi considérer la possibilité d’une sous-structure due à des degrés de liberté non encore pris en compte.
Dans le cas des nanocristallites semi-conducteurs, l’élargissement inhomogène est surtout dû
à la distribution de taille des particules. L’énergie des niveaux est fonction du rayon du
nanocristal : un cristal plus petit absorbe plus vers le bleu, un cristal plus gros absorbe plus
vers le rouge. Or, quelle que soit la méthode de préparation, tous les cristaux n’ont pas la
même taille. I1 en résulte donc une distribution des fréquences de transition. Cet élargissement
inhomogène masque la largeur intrinsèque des raies.
Pour accéder à la largeur homogène, il faut avoir recours à des techniques de spectroscopie non linéaire. On peut par exemple exciter l’échantillon avec un rayonnement monochromatique (on excite alors sélectivement une classe de particules) et 1) regarder comment le
spectre d’absorption a été modifié (c’est la technique du c< hole burning >>) ou 2) mesurer le
spectre de luminescence (c’est la technique du << fluorescence line narrowing B ou FLN). Des
exemples de résultats obtenus par les techniques 1) et 2 ) sont donnés au bas et au milieu de la
figure 2 respectivement. Symétriquement au cas 2) ci-dessus, on peut sélectionner une tranche
de fluorescence et mesurer son intensité en balayant la longueur d’onde d’excitation (c’est la
technique de c< photoluminescence excitation spectroscopy >> ou PLE). Un exemple de spectre
PLE est donné dans la partie intermédiaire de la figure 2. Pour tirer le maximum de la
technique FLN, il faut exciter dans la queue rouge du spectre d’absorption. De même, pour
tirer le maximum de la technique PLE, il faut regarder dans la queue bleue du spectre de luminescence.
En effet, la partie intermédiaire de la figure 2 montre que les spectres intrinsèques
d’absorption ou d’émission ont une structure vibronique. Cette structure est due au couplage
entre électrons et phonons LO dont la fréquence est de 210 cm-l pour CdSe (nous n’avions
pas tenu compte de ce degré de liberté de vibration) et est, elle aussi, masquée par l’élargissement inhomogène. Utilisée sur des colloïdes de CdSe, la technique PLE a permis de suivre
en fonction de la taille 10 transitions électroniques et d’identifier les 6 premières [16]. Elle a
aussi permis de mettre en évidence la structure fine du niveau lS3/2-1Se qui est 8 fois dégénéré. La dégénérescence est en partie levée par la non-sphéricité des particules, par la structure cristalline et par l’interaction d’échange [ 171.
On peut également obtenir la largeur intrinsèque par des techniques d’écho de photons ou
encore, travaillant sur un colloïde dilué et focalisant fortement le laser, isoler le spectre
d’émission d’un seul nanocristal [18].
5. PROPRIÉTÉS NON LINÉAIRES
Les verres et les colloïdes étant isotropes, la non-linéarité qui nous intéresse est la non-linéarité d’ordre trois, essentiellement l’effet Kerr optique ou statique. L’effet Kerr statique correspond à la modification de la susceptibilité du milieu, proportionnellement au carré du champ
électrique appliqué. L’effet Kerr optique généralise l’effet Kerr statique au cas d’un champ
oscillant, la modification étant proportionnelle au module carré du champ laser. Ces propriétés
peuvent être utiles pour les applications comme la commutation tout-optique ou dans des
modulateurs dans le cas statique.
D. Ricard
4.3 Largeur de raie et sous-structure
Les spectres d’absorption et de luminescence des figures 1 et 2a montrent clairement que les
raies prévues par la théorie précédente sont fortement élargies. On connaît deux sortes d’élargissement : l’élargissement inhomogène et l’élargissement homogène. On devra aussi considérer la possibilité d’une sous-structure due à des degrés de liberté non encore pris en compte.
Dans le cas des nanocristallites semi-conducteurs, l’élargissement inhomogène est surtout dû
à la distribution de taille des particules. L’énergie des niveaux est fonction du rayon du
nanocristal : un cristal plus petit absorbe plus vers le bleu, un cristal plus gros absorbe plus
vers le rouge. Or, quelle que soit la méthode de préparation, tous les cristaux n’ont pas la
même taille. I1 en résulte donc une distribution des fréquences de transition. Cet élargissement
inhomogène masque la largeur intrinsèque des raies.
Pour accéder à la largeur homogène, il faut avoir recours à des techniques de spectroscopie non linéaire. On peut par exemple exciter l’échantillon avec un rayonnement monochromatique (on excite alors sélectivement une classe de particules) et 1) regarder comment le
spectre d’absorption a été modifié (c’est la technique du c< hole burning >>) ou 2) mesurer le
spectre de luminescence (c’est la technique du << fluorescence line narrowing B ou FLN). Des
exemples de résultats obtenus par les techniques 1) et 2 ) sont donnés au bas et au milieu de la
figure 2 respectivement. Symétriquement au cas 2) ci-dessus, on peut sélectionner une tranche
de fluorescence et mesurer son intensité en balayant la longueur d’onde d’excitation (c’est la
technique de c< photoluminescence excitation spectroscopy >> ou PLE). Un exemple de spectre
PLE est donné dans la partie intermédiaire de la figure 2. Pour tirer le maximum de la
technique FLN, il faut exciter dans la queue rouge du spectre d’absorption. De même, pour
tirer le maximum de la technique PLE, il faut regarder dans la queue bleue du spectre de luminescence.
En effet, la partie intermédiaire de la figure 2 montre que les spectres intrinsèques
d’absorption ou d’émission ont une structure vibronique. Cette structure est due au couplage
entre électrons et phonons LO dont la fréquence est de 210 cm-l pour CdSe (nous n’avions
pas tenu compte de ce degré de liberté de vibration) et est, elle aussi, masquée par l’élargissement inhomogène. Utilisée sur des colloïdes de CdSe, la technique PLE a permis de suivre
en fonction de la taille 10 transitions électroniques et d’identifier les 6 premières [16]. Elle a
aussi permis de mettre en évidence la structure fine du niveau lS3/2-1Se qui est 8 fois dégénéré. La dégénérescence est en partie levée par la non-sphéricité des particules, par la structure cristalline et par l’interaction d’échange [ 171.
On peut également obtenir la largeur intrinsèque par des techniques d’écho de photons ou
encore, travaillant sur un colloïde dilué et focalisant fortement le laser, isoler le spectre
d’émission d’un seul nanocristal [18].
5. PROPRIÉTÉS NON LINÉAIRES
Les verres et les colloïdes étant isotropes, la non-linéarité qui nous intéresse est la non-linéarité d’ordre trois, essentiellement l’effet Kerr optique ou statique. L’effet Kerr statique correspond à la modification de la susceptibilité du milieu, proportionnellement au carré du champ
électrique appliqué. L’effet Kerr optique généralise l’effet Kerr statique au cas d’un champ
oscillant, la modification étant proportionnelle au module carré du champ laser. Ces propriétés
peuvent être utiles pour les applications comme la commutation tout-optique ou dans des
modulateurs dans le cas statique.