laboratoire pierre aigrain
électronique et photonique quantiques
 
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PUBLICATION

Comment varie l’absorption optique d’un nanotube avec la géométrie de son enroulement ?


Les nanotubes de carbone sont des objets prometteurs pour de futures applications en nano-photonique grâce à des atouts tels qu’une émission de lumière presque indépendante de la température, l’accordabilité de la longueur d’onde d’émission ou encore la facilité de l’injection électrique. Malgré l’engouement international pour ces objets depuis plus d’une dizaine d’années, certaines de leurs propriétés élémentaires n’ont toujours pas pu être mesurées. C’était le cas de l’absorption optique et en particulier de sa variation avec la géométrie du nanotube considéré. Une bonne connaissance de cette absorption est pourtant essentielle pour le développement de la plupart des applications opto-électroniques. La difficulté réside dans la grande diversité (en terme de géométrie) des objets produits lors de la synthèse et l’impossibilité pratique de déterminer la proportion de chacune des espèces.
L’équipe du LPA a proposé, en collaboration avec le LAC, une méthode innovante pour contourner cette difficulté basée sur la mesure de la luminescence des nanotubes. L’idée est de tapisser la surface des nanotubes par des molécules de colorant (des porphyrines) -dont l’absorption individuelle est bien connue- qui vont servir à « étalonner » l’absorption intrinsèque du nanotube. Dans le détail, la méthode d’analyse consiste à comparer la lumière émise par les nanotubes lors d’une excitation faisant intervenir l’absorption intrinsèque des nanotubes ou lors d’une excitation faisant intervenir les porphyrines déposées à la surface du nanotube. Dans ce cas, nous avons en effet démontré dans des études précédentes, qu’il se produit un transfert d’énergie entre les deux espèces ayant une efficacité proche de 100 %. Ce phénomène de transfert d’énergie est par ailleurs très prometteur pour diverses applications dont le photo-voltaïque.
Cette étude a conduit à la publication dans Physical Review Letters de la première évaluation expérimentale de la variation de l’efficacité de l’absorption des nanotubes avec leur géométrie [1]. La publication propose notamment une formule empirique permettant d’évaluer l’absorption d’une espèce inconnue. Elle montre aussi comment utiliser ces résultats pour estimer de façon beaucoup plus précise l’abondance relative des familles chirales dans un échantillon.

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Abondance relative des espèces de nanotubes déterminées grâce à la mesure d’absorption réalisée au LPA.

Figure 1 : Abondance relative des espèces de nanotubes déterminées grâce à la mesure d’absorption réalisée au LPA.

Référence : [1] F. Vialla et al. Physical Review Letters 111, 137402 (2013)

Contact : Christophe Voisin