Double

Nature Communications volume 13, Numéro d'article : 5094 (2022) Citer cet article

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Les nanocristaux (NC) sont maintenant des éléments de base établis pour l'optoélectronique et leur utilisation en tant que convertisseurs abaisseurs pour les écrans à large gamme a été leur premier marché de masse. L'intégration des NC repose sur une combinaison de NC vertes et rouges dans un mélange, ce qui pose des problèmes de formulation après la croissance. Une ingénierie minutieuse des NC peut permettre des émissions doubles à partir d'une seule population de NC, ce qui viole la règle de Kasha, qui stipule que l'émission doit se produire à la limite de la bande. Ainsi, en plus d'un contrôle attentif de l'alignement des bandes pour obtenir des signaux verts et rouges, les chemins de désintégration non radiatifs doivent également être soigneusement ralentis pour permettre une émission loin de l'état fondamental. Ici, nous démontrons que les nanoplaquettes 2D cœur/couronne/couronne (NPL), constituées de CdSe/CdTe/CdSe, peuvent combiner un grand volume et un alignement de bande de type II permettant simultanément des émissions rouges et vertes étroites. De plus, nous démontrons que le rapport des deux émissions peut être réglé par la puissance incidente, ce qui se traduit par une saturation de l'émission rouge due à la recombinaison Auger non radiative qui affecte cette émission beaucoup plus fortement que la verte. Enfin, nous montrons également que l'émission bicolore, accordable en puissance, peut être obtenue par une excitation électrique.

Les nanocristaux semi-conducteurs (NC) sont des nanoparticules dont les caractéristiques optiques sont ajustables en taille grâce au confinement quantique. Au-delà de la facilité à induire un décalage spectral, les NC offrent également un signal de photoluminescence (PL) étroit résultant d'une faible polydispersité d'ensemble. Cette propriété est d'un intérêt majeur pour la conception de convertisseurs abaisseurs pour écrans. Actuellement, un affichage à points quantiques repose sur une diode électroluminescente (LED) bleue à base de puits quantiques InGaN utilisée pour exciter deux populations de NC émettant dans le vert et le rouge. La combinaison de ces trois couleurs est utilisée pour générer de la lumière blanche qui est ensuite filtrée à travers un filtre à cristaux liquides pour générer des pixels rouges, verts et bleus. L'œil humain est le plus sensible à la lumière verte. Pour cette raison, dans cette gamme spectrale, un changement limité de la largeur de raie spectrale affecte considérablement la gamme de couleurs (c'est-à-dire la palette de couleurs), tandis que pour le bleu et le rouge, la largeur de raie apparaît moins critique. Ainsi, la conception de NC avec une émission verte étroite est essentielle pour obtenir des affichages de haute qualité.

Des émissions vertes peuvent facilement être obtenues à partir de semi-conducteurs III-V (utilisant InP) et II-VI (utilisant CdSe). Cependant, en utilisant des particules sphériques, la largeur de raie PL de CdSe reste supérieure à 25 nm et même supérieure en utilisant InP. Les nanoplaquettes CdSe 2D1,2,3 (NPL), grâce à un mécanisme de croissance spécifique4,5,6, offrent la largeur de raie PL la plus étroite parmi les NC. La croissance 2D permet un contrôle atomique de l'épaisseur, sa seule direction confinée. En conséquence, la largeur de raie PL est limitée par un élargissement homogène7. Lorsqu'ils sont développés avec une épaisseur de 4,5 monocouches (ML) (c'est-à-dire quatre plans de Se pris en sandwich par cinq plans de cadmium), leur émission de PL présente un maximum à ~ 510 nm à température ambiante, proche de la longueur d'onde verte optimale pour les écrans, voir Fig. 1d.

une image HAADF-STEM des NPL CdSe/CdTe/CdSe core/couronne/couronne. La barre d'échelle est de 100 nm. L'encart supérieur est un schéma d'un NPL déplié. b Spectre de vue d'ensemble de la photoémission de rayons X pour les mêmes NPL. c Spectres d'absorption et de photoluminescence des NPL. La caractéristique à 460 nm est due au résidu de 3,5 ML de CdSe NPL. d Diagramme de chromaticité et positions associées aux éléments verts et rouges.

Comme indiqué précédemment, la technologie d'affichage NC actuelle repose sur le mélange de deux populations de NC intégrées dans une matrice transparente dont le rôle est de protéger les NC de l'oxydation, et également d'extraire la chaleur générée par le rendement quantique PL sous-unité. Pour maintenir la stabilité à long terme, cette matrice est généralement liée de manière covalente à la surface NC. L'intégration de deux populations NC (c'est-à-dire une verte et une rouge) rend ce couplage chimique plus complexe. Il est donc du plus haut intérêt de concevoir un seul NC qui (i) combine les deux émissions, tout en (ii) présentant une largeur de raie verte PL étroite. Dans le passé, plusieurs travaux ont rapporté une émission bicolore à partir de NCs8,9,10,11,12, cependant, aucun de ces travaux antérieurs ne combine les deux propriétés simultanément. Ces deux contraintes nécessitent la conception d'un système qui n'obéit pas à la règle de Kasha qui stipule que l'émission doit se produire à travers l'état excité le plus bas en raison de la thermalisation rapide des porteurs chauds. Pour ce faire, les chemins de désintégration non radiatifs et le refroidissement des porteurs doivent être considérablement ralentis. Les NPL, avec leur volume important, apparaissent comme des candidats prometteurs13,14.

Les NPL offrent un terrain de jeu agréable pour l'ingénierie quantique des transitions excitoniques grâce à la conception d'hétérostructures, en particulier avec la géométrie cœur/couronne CdSe12,13 où un deuxième semi-conducteur est étendu latéralement autour du cœur CdSe sans modification de l'épaisseur. Le confinement initial du NPL est maintenu et peut ainsi être utilisé pour générer une émission verte étroite. Peu de rapports mentionnent l'émission bicolore des NPL. Dufour et al. ont conçu une hétérostructure cœur/couronne CdSe/CdSeTe présentant deux émissions distinctes9, cependant les deux émissions orange et rouge se recouvraient spectralement. Khan et al. a conçu un noyau/barrière/couronne NPL15 en tant que convertisseur élévateur de photons avec des émissions vertes et rouges. Cependant, la lumière rouge l'emportait toujours largement sur l'émission verte. Ce dernier travail suggère qu'en plus de la combinaison d'une émission rouge et d'une émission verte étroite, les deux émissions doivent être relativement proches en amplitude et éventuellement réglables. Ici, nous concevons un seul émetteur NPL combinant l'émission verte étroite avec une émission rouge, avec une amplitude relative accordable des deux pics. Nous démontrons que l'introduction d'une petite ceinture CdTe dans une grande NPL CdSe formant une hétérostructure cœur CdSe/couronne CdTe/couronne CdSe remplit tous les objectifs visés. Nous commençons par discuter de la géométrie de tels NPL et présentons les transitions optiques impliquées. Nous étudions ensuite, expérimentalement et théoriquement, la dépendance en puissance du spectre. Enfin, nous démontrons que l'électroluminescence bicolore et accordable en puissance peut également être obtenue à partir de cette espèce NPL noyau/couronne/couronne.

Pour obtenir une large gamme de couleurs, il est essentiel d'utiliser un émetteur vert étroit. Ainsi, notre conception générale repose sur l'utilisation de l'émission verte de NPL CdSe de 4,5 ML d'épaisseur avec un pic d'émission à 510 nm, voir note complémentaire 1. Nous concevons ensuite une hétérostructure autour de ce bloc de construction. Les hétérostructures noyau/couronne offrent la possibilité d'intégrer spatialement des matériaux non couplés dans un même objet. Plusieurs stratégies ont été testées pour générer l'émission rouge en plus de l'émission verte, (voir note complémentaire 2), y compris noyau/couronne/couronne avec une couronne externe alliée (CdSe/CdS/CdSeTe) et noyau/couronne/couronne/couronne (CdSe/CdS/CdSe/CdTe). Mais aucun d'entre eux n'était pleinement satisfaisant avec une émission orange intense pour le premier et un faible rapport d'émission vert à rouge pour le second. Cependant, l'alignement de bande de type II associé à l'interface CdSe/CdTe permet une émission rouge foncé bien adaptée. Son amplitude est déterminée par le périmètre de cette interface entre les deux semi-conducteurs. Ainsi, il est nécessaire de concevoir une hétérostructure où cette interface est la plus petite possible et où la zone CdSe est suffisamment étendue pour favoriser l'émission verte étroite. Nous avons donc synthétisé des NPL cœur/couronne CdSe/CdTe/CdSe, c'est-à-dire qu'une couronne CdSe est ajoutée aux NPL cœur/couronne CdSe/CdTe bien établis16,17,18,19,20, voir note complémentaire 3. Cette structure combine le volume important des NPL13,14 et l'alignement de bande de type II de l'interface CdSe/CdTe21,22 favorable pour ralentir le refroidissement du transporteur et concevoir une structure annulant la règle de Kasha.

Pour développer de telles hétérostructures, nous commençons avec des noyaux NPL CdSe de 4,5 ML avec 7 × 33 nm2 de large, étendus latéralement avec une couronne CdTe très étroite de quelques nm de largeur. La deuxième couronne externe de CdSe est directement cultivée avec une extension d'environ 60 nm. La quantité finale de Te est faible et généralement autour du seuil de détection (≈1%, voir note complémentaire 5) pour les mesures de spectroscopie X à dispersion d'énergie. Néanmoins, en procédant à une gravure sélective des NPL tout en les exposant à l'oléylamine, nous pouvons révéler la localisation du noyau initial dans les NPL finaux et cela est généralement observé décalé du centre NPL comme précédemment rapporté pour la structure point dans les bâtonnets, voir note complémentaire 5. La présence de Te est confirmée par photoémission de rayons X, voir Fig. 1b et note complémentaire 7. Un schéma d'un NPL final est donné en encadré de la Fig. Les NPL ont tendance à se replier. La flexion NPL n'a pas d'effet significatif sur la structure électronique, comme le confirme le fait que la caractéristique de bord de bande de CdSe apparaît à la même longueur d'onde que pour les NPL CdSe à noyau seul (qui n'ont pas de flexion). En effet, le rayon de courbure est grand (dizaines de nm).

En raison de la faible teneur en Te, le spectre d'absorption global des NPL CdSe/CdTe/CdSe core/couronne/couronne est, comme prévu, très similaire à celui observé pour les NPL CdSe uniquement. On observe néanmoins à des longueurs d'onde plus longues que celles du coeur CdSe une certaine absorption résiduelle. Il comprend trois contributions : (i) le bord de bande des NPL CdTe de 4,5 ML à 550 nm, (ii) l'absorption de l'exciton indirect autour de 650 nm même si la section efficace associée est généralement faible23,24, et enfin (iii) la diffusion de la lumière à basse énergie due à la grande extension latérale des NPL.

Le spectre PL avec excitation de la lampe (c'est-à-dire même sous faible puissance d'excitation) présente deux caractéristiques spectralement disjointes. Celle à 510 nm correspond à l'émission CdSe, où les coordonnées CIE (Commission Internationale de l'Éclairage) associées à ce pic sont (0,06 ; 0,73) et la seconde avec un maximum entre 600 et 650 nm (coordonnée CIE (0,65 ; 0,35)) correspond à l'émission de l'interface CdSe/CdTe. Les facteurs géométriques des NPL peuvent être utilisés pour régler le spectre et l'amplitude relative des deux pics. La taille de la couronne CdTe peut induire un décalage de l'émission rouge, voir note complémentaire 3, du fait du confinement latéral dans la couronne. D'autre part, l'extension latérale de la couronne CdSe détermine l'amplitude relative des signaux rouge et vert. Plus la couronne est grande, plus le rapport d'émission du vert au rouge est élevé, voir la note complémentaire 4.

Pour révéler davantage la nature des deux émissions, nous sondons ensuite leur dynamique à l'aide du PL résolu en temps (TRPL) et de l'absorption transitoire (TA). TRPL montre (Fig. 2a) une émission sous-ns pour l'émission verte cohérente avec les rapports précédents sur l'émission de bord de bande des NPL CdSe25, tandis que l'émission rouge présente une décroissance beaucoup plus lente, résultant du chevauchement spatial limité des fonctions d'onde des électrons et des trous comme prévu pour une interface semi-conductrice de type II16,18. L'AT à faible fluence menée avec une excitation de pompe à 400 nm (c'est-à-dire au-dessus du bord de la bande CdSe) montre une croissance du signal de blanchiment rouge, voir Fig. 2b et la note supplémentaire 8, identifiée comme une bande de transfert de charge23,26. Le transfert se produit entre une échelle de temps généralement rapide (≈1 ps) et une échelle de temps inhabituellement lente (des centaines de ps), ce qui suggère l'existence d'un goulot d'étranglement de relaxation dans la formation d'un état à charge séparée. Ordinairement, la migration des électrons et des trous au sein des nanostructures est ultrarapide23,27. Ce goulot d'étranglement permet des excitons métastables à longue durée de vie dans le CdSe émettant à 510 nm. Son origine peut être liée à l'absence d'états de trous à basse énergie délocalisés sur les domaines CdTe et CdSe, ce qui ralentit la relaxation médiée par les phonons15.

a Désintégrations de photoluminescence résolues dans le temps associées aux caractéristiques rouges et vertes. Les données expérimentales sont des points dispersés, tandis que les lignes pleines sont des ajustements exponentiels. La solution NPL est excitée par une diode laser pulsée à 407 nm. b Signal d'absorption transitoire pour les caractéristiques vertes et rouges, tandis que les NPL sont pompés à 400 nm. c Fonctions d'onde de l'état fondamental de l'électron et du trou sans interaction pour un NPL avec une grande couronne de CdSe. d Idem mais incluant les interactions excitoniques. L'échelle de couleurs est la même pour c, d. La barre d'échelle partagée pour c, d est de 20 nm.

Nous avons vérifié en utilisant l'excitation PL et la mesure d'une seule particule que les deux émissions résultent de la même particule comme discuté dans la note complémentaire 9, nous pouvons par conséquent relier cette émission bicolore à la structure électronique de la particule elle-même. Pour construire une image complète de la structure électronique des NPL CdSe/CdTe/CdSe core/couronne/couronne, nous avons effectué des simulations kp. Dans de telles hétérostructures, l'alignement des bandes tend à localiser l'état fondamental d'un seul trou (sans interaction) dans la couronne CdTe. L'électron, quant à lui, est localisé à l'intérieur de CdSe et subit un déplacement de l'intérieur du cœur vers la couronne externe lorsque celle-ci est supérieure à 20 nm, ce qui est bien le régime expérimental. Les fonctions d'onde de l'électron et du trou dans ce dernier cas sont présentées sur la figure 2c (voir également la note complémentaire 10 pour une étude systématique). Fait intéressant, l'inclusion d'interactions d'excitons (Coulomb) modifie complètement la distribution de charge de l'état fondamental (indirect) (Fig. 2d). La fonction d'onde du trou migre du côté court vers le côté long de la couronne CdTe, et l'électron revient vers le noyau, avec seulement une fuite modérée dans la couronne externe. Cette distribution de charge maximise le chevauchement électron-trou. Les énergies de liaison des excitons résultantes, qui sont encore renforcées par le confinement diélectrique, atteignent ≈100 meV (note complémentaire 10). Il s'agit d'une valeur importante pour une hétérostructure de type II, qui anticipe des taux de relaxation Auger non négligeables à des puissances incidentes élevées. Cet aspect est abordé ultérieurement. En revanche, la caractéristique verte correspond à un état fortement excité (plus de 400 meV au-dessus de l'exciton indirect), de sorte que les corrections excitoniques ne sont plus pertinentes.

Une caractéristique très frappante de ces NPL est qu'ils n'affichent pas seulement deux contributions dans leur signal PL, mais le poids relatif de ces deux contributions peut facilement être réglé par la puissance incidente, alors que celle-ci reste dans le régime de faible éclairement. Cette luminescence accordable en puissance est illustrée de manière frappante sur la figure 3a, où un tube à essai contenant une solution diluée de NPL à noyau / couronne / couronne CdSe / CdTe / CdSe est éclairé par un pointeur laser bleu. Le fond du tube à essai agit comme une lentille et le signal PL apparaît en rouge loin du point focal et en vert autour du point focal. Plus quantitativement, le spectre PL a été enregistré sous diverses puissances incidentes sur la figure 3b. Il révèle un passage du PL prédominant rouge à faible fluence au PL prédominant vert sous une irradiance élevée. Ainsi, cette accordabilité de puissance peut être utilisée comme un bouton pour décaler l'émission des NPL, comme indiqué par le déplacement de la coordonnée CIE lorsque la puissance incidente est augmentée, voir Fig. 3c. Notez que sous des excitations encore plus élevées (note complémentaire 12), une émission spontanée amplifiée (ASE) peut être observée28, mais uniquement à la caractéristique d'émission verte (c'est-à-dire qu'aucune émission stimulée rouge n'a été observée). Le seuil de fluence pour l'ASE se trouve à ≈42 µJ.cm−2, une valeur supérieure au record pour les NPL à cœur seul mais qui est limitée dans ce cas par les pertes de transfert de charge et de réabsorption28,29,30,31.

a Image d'un tube à essai contenant une solution diluée de NPL à noyau/couronne/couronne CdSe/CdTe/CdSe, éclairée par une diode laser bleue de 405 nm. le fond du tube agit comme une lentille et la luminescence au point focal est verte tout en étant rouge loin de celui-ci. b Spectres de photoluminescence des NPL CdSe/CdTe/CdSe core/couronne/couronne sous différentes puissances incidentes. c Diagramme de chromaticité et position du signal PL résultant des NPL cœur/couronne/couronne CdSe/CdTe/CdSe lorsque la puissance incidente est augmentée.

Alors que l'émission rouge est clairement associée à l'interface CdSe/CdTe, l'origine spatiale de l'émission verte n'est pas claire puisque le noyau et la couronne externe ont une émission similaire. Pour casser cette dégénérescence, on remplace la couronne externe par une couronne alliée en CdSSe, dont l'énergie de bord de bande est plus grande par rapport au CdSe vierge, voir note complémentaire 6. Dans ce cas, l'émission tricolore (de CdSSe, de CdSe et de l'interface CdSe/CdTe) est obtenue et on observe que le signal dominant provient de la couronne externe de CdSSe plutôt que du coeur.

Revenant maintenant aux NPL CdSe/CdTe/CdSe core/couronne/couronne, nous sondons leur spectre PL en fonction de la fluence incidente. Nous mesurons que la magnitude PL verte affiche un comportement linéaire, tandis que le signal rouge sature à haute puissance, voir Fig. 4a. Au-delà d'une certaine puissance, la loi d'échelle de la grandeur d'émission dans le rouge n'augmente qu'avec une loi de puissance proche de P0,5. Cette tendance est observée pour toutes les géométries de NPL. La taille de la couronne CdTe et CdSe ne modifie que la puissance seuil au-delà de laquelle l'émission verte prévaut. Une couronne CdTe plus grande favorise l'émission rouge, voir note complémentaire 13, tandis qu'une couronne CdSe plus grande favorise l'émission verte. Il convient de souligner qu'à basse température, Fig. 4b, l'émission verte est favorisée. Cette observation est en accord avec un modèle cinétique où les excitons formés diffusent du CdSe vers l'interface20. A basse température, ce processus diffusif devient moins efficace et les excitons se recombinent radiativement dans le CdSe. Cet effet entre en compétition avec une émission directe d'excitons verts plus rapide25. La dépendance à la puissance du spectre NPL est liée à la saturation du signal PL rouge à haute puissance. Fait intéressant, nous observons que la dynamique du PL vert reste inchangée par une augmentation de puissance, voir Fig. 4c, tandis que l'émission rouge sature à mesure que la puissance augmente, voir Fig. 4d, e. Malgré l'alignement des bandes de type II, la recombinaison Auger32,33,34 entre en jeu sous forte puissance incidente et ouvre un autre canal de désintégration non radiatif responsable de la saturation du signal rouge en puissance21,22. Pour l'émission verte, le grand volume de la couronne externe supprime la recombinaison Auger non radiative13,14. L'échelle linéaire du PL vert est préservée par les biexcitons radiatifs (voir note complémentaire 13). Ces résultats contrastent également avec l'émission bicolore accordable en puissance observée dans les points quantiques10,35, où la saturation d'une émission est le résultat du blocage des trous. Contrairement aux petits NC, notre simulation montre (voir note complémentaire 11) qu'un gros noyau/couronne NPL peut accueillir au moins jusqu'à 5 trous avant que le régime de blocage de Coulomb ne soit atteint. Dans le cas des NPL, la dépendance du spectre à la puissance est davantage un processus dynamique, entraîné par l'importance relative des canaux radiatifs ou non radiatifs pour les recombinaisons multiexcitons dans les différentes parties du NPL. Le fait que l'émission verte ne soit pas affectée par Auger suggère en outre que l'effet Auger se produit sur les porteurs proches du bord de la bande plutôt que sur les électrons chauds.

a Intensité PL intégrée des éléments verts et rouges en fonction de la puissance incidente. Les mesures sont effectuées en configuration micro-PL avec la sélection de l'émission de la région de la taille. Les lois de puissance avec les exposants 1,03 et 0,54 sont utilisées pour ajuster le vert sur toute la plage de puissance et la caractéristique rouge pour la plage d'énergie supérieure à 1 µW, respectivement. b Rapport du signal PL intégré vert sur rouge en fonction de la puissance à température ambiante et à basse température (T = 4 K). c Photoluminescence verte résolue dans le temps sous diverses puissances incidentes. d Photoluminescence rouge résolue dans le temps sous diverses puissances incidentes. e Durée de réduction du signal PL d'un facteur 10 pour les éléments vert et rouge en fonction de la puissance incidente.

Dans la dernière partie de l'article, nous avons étudié le potentiel de ce matériau pour l'électroluminescence multicolore1236,37,38,39,40. L'empilement de diodes est tiré de Peng et ses collaborateurs41, car il a également prouvé son efficacité pour la conception de LED à base de NPL37,39, voir la note complémentaire 15. En bref, la LED hybride organique-inorganique repose sur des polymères (PEDOT :PSS/PVK et poly-TPD) pour l'injection de trous, tandis que le ZnO est utilisé pour l'injection d'électrons. A l'interface entre le film de NPLs et le ZnO, nous introduisons également une fine couche de PMMA, dont le rôle n'est pas d'équilibrer l'injection de charges, mais plutôt d'éviter l'extinction des PL induite par le dépôt de ZnO. Un schéma de la pile de LED est représenté sur la figure 5a, tandis qu'une image de huit LED en fonctionnement est fournie en encadré sur la figure 5b.

un schéma de la pile de LED utilisée pour générer des signaux d'électroluminescence à partir des NPL émettant des bicolores. b Spectres d'électroluminescence de NPL bicolore sous divers biais de fonctionnement. L'encart est une image de 8 pixels de la LED allumée.

Les spectres d'électroluminescence sont donnés sur la figure 5b. Le trait vert et rouge apparaît légèrement décalé vers le rouge par rapport aux mesures obtenues en solution ou sur film dilué. Ce changement est le résultat de la réabsorption et du transfert d'énergie se produisant dans un réseau dense de particules. Comme pour le PL, une augmentation du poids relatif du pic vert est observée à mesure que le système est de plus en plus déséquilibré. De plus, nous remarquons également un fort rétrécissement du pic rouge avec un biais de fonctionnement accru. Sous une forte polarisation, l'injection à l'intérieur ou au-dessus du bord de la bande devient plus efficace, ce qui réduit le poids relatif de l'émission se produisant en dessous de la bande interdite. Ce résultat, ainsi que la démonstration de NPL émettant tricolores, constituent une étape importante pour la conception de LED à faible consommation électrique et émettant de la lumière blanche pour les écrans à large gamme.

Pour résumer, nous avons conçu, grâce à l'alignement des bandes et à l'ingénierie de diffusion, un NPL bicolore à conversion descendante qui enfreint la règle de Kasha. Cette NPL cœur/couronne/couronne CdSe/CdTe/CdSe combine une émission verte très étroite avec une émission rouge foncé provenant respectivement de CdSe et de son interface avec CdTe. Le poids relatif des deux pics peut être facilement réglé en déséquilibrant le système soit en utilisant une puissance d'excitation optique plus élevée, soit en utilisant une polarisation dans le cas de l'électroluminescence. L'importance relative des émissions vertes et rouges est contrôlée par la nature de l'interface de type II et le volume de la couronne émettrice externe. La puissance-dépendance du spectre peut être liée à la saturation de l'émission rouge à haute puissance qui elle-même résulte de la recombinaison Auger non radiative. Ce travail offre une alternative intéressante aux mélanges de nanocristaux pour la conception d'un émetteur de lumière blanche. Les travaux futurs devront certainement se focaliser sur la stabilité du matériau pour le rendre compatible avec des opérations sous haut flux et haute température.

Octadécène (ODE, Alpha Aesar, 90 %), acétate de cadmium dihydraté (Cd(OAc)2.2H2O,Sigma-Aldrich, 98 %), oxyde de cadmium (CdO, Strem Chemicals, 99,99 %), acide myristique (Aldrich, >99 %), acide oléique (OA, Alpha Aesar 90 %), trioctylphosphine (TOP, Alpha Aesar, 90 %), sélénium ( Strem Chemicals 99,99 %), soufre (Sigma-Aldrich), tellure (Alpha Aesar, 18 + 60 mesh, 99,999 %), hexane (VWR Chemicals), éthanol absolu (VWR Chemicals), méthanol (VWR Chemicals)

Dans une boîte à gants, 20 mL de TOP sont mélangés avec 0,64 mg de poudre S. Le mélange est agité pendant toute une nuit et est ensuite stocké dans la boîte à gants pour une utilisation ultérieure.

Dans une boîte à gants, 20 mL de TOP sont mélangés avec 1,58 mg de poudre de Se. Le mélange est agité pendant toute une nuit et est ensuite stocké dans la boîte à gants pour une utilisation ultérieure.

2,54 g de poudre de Te sont mélangés dans 20 mL de TOP dans un tricol. Le flacon est maintenu sous vide à température ambiante pendant 5 min puis la température est portée à 100°C. De plus, un dégazage du ballon est effectué pendant les 20 min suivantes. L'atmosphère est commutée sur l'azote et la température est portée à 275 °C. La solution est agitée jusqu'à l'obtention d'une coloration orange clair. Le flacon est refroidi à température ambiante et la couleur vire au jaune. Enfin, cette solution est transférée dans une boîte à gants remplie d'azote pour stockage.

Dans un ballon tricol de 50 mL, 2,56 g d'oxyde de cadmium et 11 g d'acide myristique sont mélangés et dégazés à 80 °C pendant 30 min. L'atmosphère est ensuite commutée sur l'argon et la température est fixée à 200 °C. Le mélange est chauffé pendant 40 min jusqu'à ce que la solution devienne incolore. La solution est ensuite refroidie et 30 mL de méthanol sont ajoutés à 60°C. Le myristate de cadmium formé est lavé cinq fois par centrifugation au méthanol. Le solide final est séché sous vide à 70°C pendant toute une nuit.

Dans un ballon tricol de 50 mL, 340 mg de Cd(Myr)2, 24 mg de poudre de Se et 25 mL d'ODE sont ajoutés. Après 20 min de dégazage à température ambiante, l'atmosphère est passée à l'argon et la température est fixée à 230°C. Lorsque la température atteint ~203 °C, 110 mg de Cd(OAc)2.2H2O sont rapidement ajoutés. La solution est chauffée pendant 20 min puis refroidie à température ambiante. A 150 °C, 500 µL d'acide oléique sont ajoutés. Puis la solution obtenue est précipitée avec 20 mL d'hexane et 30 mL d'éthanol. Les pastilles obtenues sont lavées une deuxième fois en utilisant moins d'éthanol. Les NPL sont finalement redispersés dans 10 mL d'ODE.

Dans un ballon tricol de 25 mL, 92 mg de Cd(OAc)2 séché, 180 µL d'acide oléique et 1 mL de CdSe 4 ML core NPLs (DO : 1 à 512 nm pour 50 µL dans 3 mL d'hexane) redispersés dans 5 mL d'ODE sont dégazés pendant 30 min à température ambiante puis 30 min à 80 °C. L'atmosphère est commutée sur l'argon et la température est fixée à 205 °C. Lorsque la température est stabilisée, 0,25 mL (1eq) d'une solution de TOP:Te (1 M) dans l'ODE (concentration finale 0,01 M) est ajouté à un débit de 2 mL h-1. Après l'injection, le mélange est encore chauffé pendant 10 min.

Après la croissance de la couronne CdTe, la température est fixée à 215 °C. Lorsque la température est stabilisée, 2 mL de TOP:Se (1 M) dans l'ODE (concentration finale 0,1 M) sont ajoutés à un débit de 1 mL h-1. Après l'injection, le mélange est refroidi à température ambiante et les NPL sont précipités avec de l'hexane et de l'éthanol pendant 5 min. Les pastilles finales sont redispersées dans l'hexane.

Une goutte de la solution NC est coulée en goutte sur une grille de cuivre recouverte d'un film de carbone amorphe. La grille est dégazée pendant la nuit pour réduire la contamination future. Un JEOL 2010F est utilisé pour l'acquisition des images et fonctionne à 200 kV. En complément, des observations TEM/STEM ont été réalisées sur un microscope Titan Themis 200 (FEI/Thermo Fischer Scientific) équipé d'un correcteur d'aberration géométrique sur la sonde. Le microscope était également équipé des systèmes "Super-X" pour l'analyse EDX avec un angle de détection de 0,9 stéradian. Les observations ont été faites à 200 kV avec un courant de sonde d'environ 35 pA et un demi-angle de convergence de 17 mrad. Les images HAADF-STEM ont été acquises avec une longueur de caméra de 110 mm (les angles de collecte interne/externe étaient respectivement de 69 et 200 mrad).

Les états des électrons et des trous lourds sont calculés avec des hamiltoniens k·p à bande unique. Il s'agit notamment des termes d'auto-énergie résultant de l'inadéquation diélectrique avec le milieu organique, ainsi que de la contrainte résultant de l'inadéquation du réseau entre le noyau et la couronne. Ce dernier est obtenu dans l'approximation élastique continue. Les interactions excitoniques sont obtenues avec un calcul auto-cohérent, où les intégrales de Coulomb sont obtenues en intégrant l'équation de Poisson dans un système diélectriquement inhomogène, voir SI de la réf. 15. pour plus de détails sur le modèle et les paramètres du matériau. Les calculs à plusieurs trous (note complémentaire 11) sont effectués à l'aide de routines de configuration complètes. L'ensemble de base est alors formé par toutes les combinaisons possibles des huit orbitales de spin les plus basses correspondant aux représentations irréductibles Ag, B1g, B2u et B3u du groupe de points NPL (D2h), qui fournissent les états de trou les plus élevés dans les couronnes CdTe42. Les calculs de la figure 2 correspondent à des NPL CdSe/CdTe/CdSe avec une épaisseur de monocouche de 4,5. Suivant les données TEM pour un échantillon de référence typique, le noyau CdSe est pris avec des dimensions 7 × 30 nm2, la couronne CdTe 9 × 32 nm2 et la couronne externe CdSe 42 × 65 nm2. Alors que les échantillons expérimentaux peuvent avoir des couronnes externes encore plus grandes, les dimensions que nous choisissons sont déjà dans la limite asymptotique pour la description de l'état fondamental (pic rouge), comme indiqué dans la note complémentaire 10.

Les spectres UV-visible sont acquis avec un spectromètre Cary 5000. Les spectres PL et d'excitation sont obtenus avec un spectromètre d'instrument d'Edimbourg. Lors des mesures, les NPL sont dispersés dans l'hexane.

Afin de comparer le poids de chaque composant dans les spectres PL (émission verte vs rouge) et d'être en mesure d'identifier les processus qui régissent la dépendance de la puissance PL, seule la lumière provenant d'un volume excité de manière homogène doit être collectée (pour sonder également chaque canal d'excitation-relaxation). Ce "petit" volume qui correspond à peu près à la région de la taille du faisceau incident a été traité avec une configuration de type confocal (configuration afocale) en utilisant la fente du spectromètre (Princeton Instruments, Acton SP2750) comme filtre spatial. Pour atteindre un fort rejet et sélectionner l'émission de taille, ce dernier a été couplé à un objectif de microscope corrigé à l'infini (NA ≈ 0, 6, distance focale équivalente ≈ 6 mm) utilisé pour exciter et collecter la lumière en configuration de réflexion. Un CCD refroidi (Spec10, PI) a été utilisé comme détecteur à la sortie du spectromètre. L'excitation était fournie par une diode laser (Alphalas) fonctionnant à 407 nm (Δt ≈ 70 ps). Le taux de répétition a été ajusté à ≈300 kHz pour permettre une relaxation complète entre les impulsions des espèces à longue durée de vie responsables de l'émission rouge. Un filtre de bord passe-long (LP03-458RE-25, λcutoff ≈ 458 nm) de la société Semrock a également été placé le long du chemin de détection pour supprimer la lumière diffusée du faisceau d'excitation.

Les mesures résolues en temps PL ont été effectuées en utilisant la même configuration « confocale » ; avec deux méthodes différentes. Les désintégrations à durée de vie relativement « longue » (associées à l'émission rouge) ont été caractérisées par TCSPC à l'aide d'une carte corrélatrice de Picoquant (TimeHarp 260), d'une photodiode à avalanche pour la détection (société MPD, module PDM acceptant un taux de comptage d'obscurité de ≈ 25 coups/s) et d'une diode laser Alphalas pour exciter le matériau (λ ≈ 407 nm, Δt ≈ 70 ps). L'IRF de configuration est alors mesuré à ≈220 ps. Les désintégrations rapides (émission verte) ont été mesurées avec une caméra à balayage (modèle C5680 de Hamamatsu incorporant une unité synchroscan M5675) couplée à notre spectromètre Acton SP2750. Dans cette configuration, l'excitation (impulsions de durée ≈2 ps) est la deuxième harmonique d'un laser Titane-saphir fonctionnant à 82 MHz et une résolution temporelle de ≈ 15 ps est typiquement obtenue en fonction de la dispersion du PL à travers le spectromètre. Différentes combinaisons de filtres sont utilisées tout au long des expériences résolues en temps : des filtres colorés - de Corning et Thorlabs - afin d'extraire la partie du spectre d'intérêt ainsi qu'un filtre Semrock supplémentaire hautement sélectif (pour rejeter les photons du laser). En raison du rendement d'émission élevé du système, une grande attention a été portée au cours du TCSPC pour maintenir le rapport du taux de comptage à la fréquence d'excitation en dessous de 2 %, afin d'éviter les effets d'empilement délétères pour les statistiques de comptage.

Toutes les expériences μ-PL ont été réalisées sur des NPL dissous dans l'hexane à une concentration relativement faible (DO ≈ 0,7 à 510 nm pour un trajet de faisceau de 10 mm), choisies pour conserver un rapport signal sur bruit satisfaisant sous excitation de faible puissance (plage nW). Il a été soigneusement veillé à ce que les effets inter-NPL puissent être écartés dans les conditions expérimentales ainsi définies.

Les mesures d'absorption transitoire ont été effectuées en divisant le fondamental à 800 nm d'un laser Ti:Sapphire 2 kHz 35 fs (SpectraPhysics) en deux branches. Une branche, la pompe, a été doublée en fréquence à 400 nm, hachée à 1 kHz et focalisée sur l'échantillon. L'autre branche, la sonde, a été focalisée dans un disque de saphir de 2 mm pour générer un supercontinuum de lumière blanche, puis focalisée sur l'échantillon. Les faisceaux étaient superposés spatialement sur l'échantillon et le retard pompe-sonde était contrôlé par un étage de retard. Les spectres du supercontinuum de lumière blanche ont été collectés dans des conditions de pompage et de pompage pour générer des données ΔA à l'aide du logiciel Helios (systèmes Ultrafast).

Les mesures ASE ont été effectuées à l'aide d'une excitation de pompe Ti: saphir doublée en fréquence (400 nm, ≈ 35 fs, 100 Hz) focalisée sous forme de bande de 4 mm sur un échantillon à couche mince de nanoplaquettes. La puissance de la pompe a été contrôlée avec des roues à densité optique continue. La lumière émise a été collectée perpendiculairement à la direction d'excitation de la pompe, focalisée dans une fibre et dirigée vers un spectromètre et un CCD. Les films pour les mesures ont été préparés en coulant des solutions d'hexane: octane 9: 1 de nanoplaquettes sur des lames de verre propres, pour former des films lisses et réfléchissants. Une configuration similaire (utilisant une lentille circulaire avec collection de face avant) a été utilisée pour effectuer des expériences PL dépendantes de la puissance sur des échantillons dilués dans des cuvettes.

Dans les expériences, le PL a été collecté avec un objectif corrigé à l'infini de 0,6 NA (produisant une tache de diamètre <1 μm) et analysé à l'aide d'un spectromètre Acton 2750 de Princeton Instruments, en conservant la configuration confocale décrite pour le TRPL. Les NPL ont été dispersés sur des lamelles d'environ 120 microns d'épaisseur qui ont été «collées» au doigt froid d'un cryostat micro-PL à flux He (Oxford Instruments) avec un vernis à base de particules d'argent pour assurer un bon contact thermique42,43. L'excitation a été réglée à 390 nm (SHG d'un laser Ti-Saphir délivrant des impulsions de durée ps). Un filtre dichroïque (de la société Semrock) a été placé le long du chemin optique (FF01-430/LP-25) pour supprimer la diffusion du faisceau d'excitation ; notez que la lumière diffusée du laser de pompe Ti-Saphir (THG d'un laser Nd: YAG pompé par diode) ne peut pas être totalement supprimée et est toujours présente dans les spectres représentés sous la forme d'une ligne nette culminant à 532 nm. En raison de la faible stabilité de l'échantillon, l'intensité de la pompe était limitée à une fraction de microwatt et les spectres ont été enregistrés avec des temps d'intégration relativement faibles (4 à 10 s généralement). Il est enfin important de noter que la diffusion spectrale forte et à l'échelle ≈1 s a été clairement identifiée comme une source importante d'élargissement spectral. Le phénomène n'a pas été étudié plus avant dans le cadre du présent projet.

Les tranches de silicium sont rincées à l'acétone, soniquées dans l'acétone pendant 5 min. Ils sont à nouveau rincés à l'acétone et à l'isopropanol et séchés au pistolet N2. Une couche de 5 nm de Cr et une couche de 80 nm d'Au sont déposées par évaporation thermique. Une solution diluée de NPL dans un mélange d'hexane octane (9:1) est coulée en goutte sur le substrat préparé. Après séchage, le film est trempé dans une solution d'EDT (1% dans l'acétonitrile) pendant 1 min. La procédure est répétée 3 fois. Le film final est stocké sous atmosphère inerte avant son introduction dans la chambre de préparation, où il est dégazé pendant au moins deux heures puis transféré dans la chambre d'analyse.

Les expériences XPS sont réalisées sur la ligne de lumière TEMPO du synchrotron français de SOLEIL. Les sources de photons étaient des onduleurs HU80 et HU44 Apple II réglés pour fournir une lumière polarisée linéairement. L'énergie des photons est sélectionnée à l'aide d'un monochromateur à réseau plan haute résolution. Lors des mesures XPS, les photoélectrons sont détectés à 0° de la normale de surface de l'échantillon \(\vec{{{{{{\bf{n}}}}}}}\) et à 44° du vecteur de polarisation \(\vec{{{{{{\bf{E}}}}}}}\). La taille du spot est de 100 × 80 μm². Le signal est acquis sur un analyseur de photoélectrons MBS A-1 équipé d'un détecteur à ligne à retard développé par Elettra44.

Les mesures de valence et de coupure des électrons secondaires sont effectuées à 150 eV, ce qui correspond à une condition de sensibilité de surface, tandis que les niveaux de cœur sont généralement acquis à l'aide d'une énergie photonique de 700 eV. L'énergie du photon est mesurée avec précision en utilisant le premier et le second ordre d'un niveau de cœur donné à l'aide de la formule : \(h{\nu }_{{{\exp}}}={{{{{\rm{KE}}}}}}}_{{2}^{{{{{{\rm{nd}}}}}}}}-{{{{{\rm{KE}}}}}}}_{{1}^{{{{{\rm{st}}}}}} }}\), où KE signifie énergie cinétique. Le travail de sortie de l'analyseur (\({{{{{\rm{WF}}}}}}_{A}\)) est déterminé en mesurant l'énergie cinétique des électrons au niveau de Fermi à partir d'un échantillon de référence en or. L'énergie de liaison du niveau de Fermi est fixée à 0 eV. \({{{{{\rm{WF}}}}}}_{A}=h{\nu }_{{{\exp}}}-{{{{{\rm{KE}}}}}}}_{{{{{\rm{Fermi}}}}}}}\)

Nous déterminons la valeur de \({V}_{B}-{E}_{F}\) en examinant les électrons KE élevés. Nous mesurons l'énergie cinétique la plus élevée disponible (\({{{{{\rm{KE}}}}}}_{{{{{{\rm{VB}}}}}}}\)) et extrayons \({V}_{B}-{E}_{F}\) avec la formule : \({V}_{B}-{E}_{F}=h{\nu }_{{{\exp }}}-{{{{{\rm{KE}} }}}}}_{{{{{\rm{VB}}}}}}}-{{{{{{\rm{WF}}}}}}}_{A}\).

Tous les spectres sont calibrés en énergie en les décalant de sorte que le niveau de Fermi des échantillons métalliques présente une énergie de liaison nulle. Un fond de Shirley est soustrait dans tous les spectres de niveau de base. Le niveau de cœur est ensuite ajusté à l'aide d'une courbe de Voigt, qui affiche une pleine largeur typique de 0,8 eV à mi-hauteur.

Afin de mesurer la fonction de travail, qui est la différence d'énergie entre le niveau de vide et le niveau de Fermi, nous recherchons la coupure des électrons secondaires (\({{{{{\rm{KE}}}}}}}_{{{{{\rm{Cut\; off}}}}}}}\)). Nous commençons par polariser l'échantillon à l'aide d'une alimentation en tension de 18 V (\({{{{{\rm{Pol}}}}}}}_{{{{{\rm{Bias}}}}}}}\)) (TDK lambda) et nous recherchons le bord d'énergie des photoélectrons à énergie cinétique la plus faible. La fonction de travail est déduite avec la formule : \({{{{{\rm{WF}}}}}}}_{{{{{\rm{Sample}}}}}}}={{{{{\rm{KE}}}}}}}_{{{{{\rm{Cut\; off}}}}}}}-{{{{{\rm{Pol}}}}}}}_{{{{{{\rm{Bias} }}}}}}\).

PEDOT : PSS (poly(3,4- éthylènedioxythiophène) polystyrène sulfonate, Al 4083, M121, Ossila), Poly-TPD (Poly(N,N'-bis-4- butylphényl-N,N'-bisphényl)benzidine, Ossila), PVK (Poly(9-vinyl) carbazole, Mn moyen 25 000–50 000, Aldrich), PMMA (polyméthyl méthacrylate, Arkema), chlorobenzène (anhydre, 99,8 %, Sigma-Aldrich), m-xylène (anhydre, ≥99 %, Sigma-Aldrich), colle époxy (Ossila), acétate de zinc dihydraté (<97 %, Alfa Aesar), hydroxyde de tétraméthylammonium pentahydraté (TMAOH, 98 %, Alfa Aesar), diméthylsulfoxyde (DMSO, ≥99,9 %, S igma-Aldrich), acétate d'éthyle (VMR), éthanol absolu anhydre (VMR), octane (VWR, technique) et acétone (VWR). Tous les matériaux ont été utilisés tels que reçus.

La procédure est tirée de la réf. 41. Dans le ballon A, 3 mmol d'acétate de zinc sont dissous dans 30 mL de DMSO sous agitation vigoureuse. Parallèlement, 5,5 mmol de TMAOH sont solubilisés avec 10 mL d'éthanol dans le ballon B. Puis les contenus des deux ballons sont mélangés et agités pendant 24 h dans les conditions ambiantes. Le mélange réactionnel devient blanchâtre pendant les premières secondes et devient limpide peu de temps après. Les particules de ZnO sont précipitées par l'acétate d'éthyle et redispersées dans l'éthanol. 160 µL de 2-éthanolamine sont ajoutés pour stabiliser les nanoparticules avant qu'elles ne soient précipitées et redispersées respectivement avec de l'acétate d'éthyle et de l'éthanol. Enfin, les nanoparticules de ZnO dans l'éthanol sont filtrées à l'aide d'un filtre PTFE de 0,22 µm.

Les substrats ITO (30 Ω/sq) sont coupés en morceaux de 15 mm × 15 mm et nettoyés par sonication dans l'acétone pendant 5 min. Après sonication, les substrats sont rincés avec de l'acétone et de l'isopropanol avant d'être complètement séchés avec un flux de N2. Les substrats sont ensuite nettoyés avec du plasma O2 pendant 5 min pour éliminer les résidus organiques sur la surface. Après nettoyage, TI-Prime et AZ 5214E photoresist sont séquentiellement enduits par centrifugation sur la surface des substrats ITO à une vitesse de 4000 tr/min pendant 30 s et cuits à 110 ° C pendant 120 s et 90 s, respectivement. Dans l'étape suivante, un aligneur de masque est utilisé pour exposer les substrats à la lumière UV pendant 20 s à travers un masque de lithographie (1 mm de largeur). Une résine photosensible est ensuite développée en utilisant le révélateur AZ 726 pendant 20 s avant de rincer avec de l'eau déionisée et de sécher avec du flux N2. Après un autre nettoyage au plasma de 5 minutes, les substrats sont gravés dans un bain de HCl à 25 % (dans l'eau) pendant 10 min à 40 °C avant d'être plongés immédiatement dans de l'eau déminéralisée. Enfin, le lift-off est réalisé dans un bain d'acétone. Avant d'être utilisés, les substrats ITO à motifs sont d'abord nettoyés avec de l'acétone et de l'isopropanol et mis sous plasma pendant 10 min.

La solution PEDOT:PSS (filtrée à travers un filtre de 0,45 µm) est enduite par centrifugation sur une électrode de verre ITO à motifs à 4000 tr/min pendant 60 s et recuite à 140 ° C pendant 10 min à l'air. Dans une boîte à gants remplie d'azote, des nanoparticules de Poly-TPD (8 mg mL-1 dans du chlorobenzène), de PVK (1,5 mg mL-1 dans du m-xylène), de NPL (dans un mélange d'hexane/octane (9:1)), de PMMA (5 mg mL-1 dans de l'acétone) et de ZnO sont successivement spin-coated à 2000 rpm pendant 45 s sur le PEDOT : substrat enduit de PSS. Après le dépôt de Poly-TPD, l'échantillon est recuit à 110 ° C pendant 20 min, et pour PVK, le recuit est à 170 ° C pendant 30 min. Enfin, 80 nm d'Ag sont déposés au-dessus du ZnO à l'aide d'un masque d'ombre par évaporation thermique. L'épaisseur des couches de NPL et de ZnO est respectivement de 18 nm et 80 nm, telle qu'obtenue par profilométrie. Les appareils sont encapsulés à l'intérieur de la boîte à gants avec un morceau de verre par de la colle époxy. La taille du pixel est de 1 mm2, ce qui correspond au chevauchement des électrodes ITO et Ag.

L'EQE de l'appareil est déterminé selon la méthode de la réf. 45. Compte tenu de l'émission lambertienne du dispositif LED, le flux quittant directement le dispositif peut être décrit comme \({F}_{{{{{{\rm{ext}}}}}}}={\int }_{0}^{\pi /2}2\pi {L}_{0}{{\cos}}\theta {{\sin}}\theta d\theta=\pi {L}_{0}\), avec \({L}_{0}\ ) le flux par angle solide de lumière sortant de l'appareil vers l'avant. Puisque l'angle solide du photodétecteur à la source lumineuse est \(\Omega=\frac{{S}_{1}}{{l}^{2}}\) avec \({S}_{1}\) la surface du détecteur et \(l\) la distance entre la source lumineuse et le détecteur, alors \({L}_{0}=\frac{{P}_{{\rm {det }}}}{\Omega }=\frac{{P}_{{ {{{{\rm{d}}}}}}{{{{{\rm{et}}}}}}{l}^{2}}{{s}_{1}}\) et \({F}_{{{{{{\rm{ext}}}}}}}=\frac{{\pi P}_{{{{{\rm{d}}}}}}{{{{\rm{et}}}}}}{l}^{2}}{{s} _{1}}\) . Le nombre de photons émis par seconde vers l'avant peut alors être calculé par \({N}_{P}=\frac{{F}_{{{{{{\rm{ext}}}}}}}}{h\nu }=\frac{{\pi P}_{{{{{\rm{d}}}}}}{{{{\rm{et}}}}}}{l}^{2}\lambda}{{s}_{1}{ hc}}\), avec \(\lambda\) la longueur d'onde de l'électroluminescence, \(h\) la constante de Plank et \(c\) la vitesse de la lumière. Le nombre d'électrons injectés par seconde peut être obtenu par \({N}_{P}=\frac{I}{e}\), avec \(I\) le flux de courant de l'appareil. Ainsi, l'EQE peut être calculé comme suit : \({{{{{\rm{E}}}}}}{{{{\rm{QE}}}}}}=\frac{{N}_{p}}{{N}_{e}}=\frac{{\pi P}_{d{et}}{l}^{2}\lambda e}{{s}_{1}{hcI}}\) . L'éclairement énergétique de l'appareil est \(R=\frac{{F}_{{{{{{\rm{ext}}}}}}}}{{s}_{2}}=\frac{{\pi P}_{{{{{{\rm{d}}}}}}{{{{\rm{et}}}}}}}{l}^{2}}{{s}_{1}{s}_{2}}\), avec \({S}_{2 }\) l'aire du pixel. La luminance L de l'appareil est \(L=\frac{683.V\left(\lambda \right).{F}_{{{{{{\rm{ext}}}}}}}}{{\pi .S}_{2}}\), avec \(V\left(\lambda \right)\) la fonction de sensibilité de l'œil photonique. Pour la caractérisation, nous avons collecté les caractéristiques courant-tension-luminance avec une unité de mesure de source Keithley K2634B et un wattmètre PM100A couplé au détecteur S120C Si de Thorlabs. Sachant que le diamètre de travail de la zone du détecteur est de 9,5 mm et en supposant que la distance entre le détecteur et l'appareil est de 6,5 mm, la valeur liée à la géométrie est \(\frac{{l}^{2}}{{s}_{1}}\approx\, 0,6\).

De plus amples informations sur la conception de la recherche sont disponibles dans le résumé des rapports de recherche sur la nature lié à cet article.

Les données à l'appui des conclusions de cette étude sont disponibles sur demande auprès de l'auteur correspondant.

Le code personnalisé utilisé pour effectuer la modélisation de la structure électronique est disponible sur demande auprès de l'auteur correspondant.

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Le projet est soutenu par la subvention de démarrage ERC blackQD (subvention n° 756225, EL) et Ne2Dem (subvention n° 853049, SI). Nous reconnaissons l'utilisation des salles blanches de la Centrale de Proximité Paris-Centre et du réseau français RENATECH. Ce travail a été soutenu par la Région Ile-de-France dans le cadre du DIM Nano-K (bourse dopQD). Ce travail a été soutenu par des fonds publics français gérés par l'ANR dans le cadre du programme Investissements d'Avenir sous la référence ANR-11-IDEX-0004-02, EL, et plus spécifiquement dans le cadre du Pôle d'Excellence MATISSE et également par la subvention IPER-Nano2 (ANR-18-CE30-0023-01, EL), Copin (ANR-19-CE24-0022, EL), Frontal (ANR-19-CE0 9-0017), Graskop (ANR-19-CE09-0026, EL) et NITQuantum (ANR-20-ASTR-0008-01, EL), Bright (ANR-21-CE24-0012-02, EL), MixDferro (ANR-21-CE09-0029, EL) et Quickterra (ANR-22-CE09, EL). Nous reconnaissons le soutien des projets UJI-B2021-06 (JIC) et MICINN PID2021-128659NB-I00 (JIC). Les travaux effectués au Center for Nanoscale Materials, une installation des utilisateurs du Bureau des sciences de l'énergie du Département américain de l'énergie, ont été soutenus par le Bureau des sciences énergétiques de base du DOE des États-Unis, sous le contrat n° DE-AC02-06CH11357 (BD).

Laboratoire de Physique et d’Etude des Matériaux, ESPCI-Paris, PSL Research University, Sorbonne Université Univ Paris 06, CNRS UMR 8213, 10 rue Vauquelin, 75005, Paris, France

Corentin Dabard, Hong Po, Lina Makke, Ningyuan Fu, Xiang Zhen Xu & Sandrine Ithurria

Sorbonne Université, CNRS, Institut des NanoSciences de Paris, INSP, F-75005, Paris, France

Victor Guilloux, Charlie Gréboval, Emmanuel Lhuillier & Thierry Barisien

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Mathieu G.Silly

Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies, CNRS, Université Paris-Saclay, C2N, Palaiseau, 2110, France

Gilles Patriarche

Département de chimie physique et analytique, Universitat Jaume I, E-12080, Castello de la Plana, Espagne

Juan I. Clément

Centre des matériaux à l'échelle nanométrique, Laboratoire national d'Argonne, Lemont, IL, 60439, États-Unis

Benjamin T. Diroll

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SI a conçu le projet. CD, HP, LM et NF ont fait croître le NPL. XZX et GP ont réalisé une imagerie TEM. CD et CG ont effectué la mesure de la photoémission sous la supervision de MGS, VG, BD et TB ont effectué les mesures µ-PL. BD a effectué des mesures de TA. JIC a effectué la simulation kp. EL a rédigé le manuscrit avec la contribution et les commentaires de tous les auteurs.

Correspondance avec Sandrine Ithurria.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

Nature Communications remercie Xiaoyong Wang et les autres examinateurs anonymes pour leur contribution à l'examen par les pairs de ce travail.

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Réimpressions et autorisations

Dabard, C., Guilloux, V., Gréboval, C. et al. Nanoplaquettes semi-conductrices 2D à double couronne avec émission bicolore accordable en puissance. Nat Commun 13, 5094 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-32713-2

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Reçu : 21 avril 2022

Accepté : 10 août 2022

Publié: 30 août 2022

DOI : https://doi.org/10.1038/s41467-022-32713-2

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