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NanoSciences de Paris
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Soutenance de thèse - Hong Phan Ngoc

Mardi 23 avril 2013 à 14 h, Campus Jussieu, IMPMC 22-23, étage 4, salle 401

« Planar defect in a self-organized photonic crystal : synthesis, optical characterization and study of the fluorescence of nanocrystals embedded in the defect »

Résumé

Cette thèse a pour objectif la synthèse et l’étude de cristaux photoniques à trois dimensions (opales de silice) dans le cadre du contrôle et de la manipulation de nano-émetteurs fluorescents insérés dans ces structures. Ce travail va de la synthèse des sphères de silice et des opales à l’étude de la fluorescence de nanocristaux placés dans une opale.

Afin d’augmenter les effets de confinement du champ de nanocristauxinsérés dans la structure photonique, j’ai étudié différentes méthodes permettant de créer un défaut planaire entre deux opales : une méthode de transfert d’une monocouche compacte de sphères d’un autre diamètre (Langmuir-Blodgett ou Langmuir-Schaefer) ainsi qu’une méthode basée sur la pulvérisation de silice. Pour la première méthode, j’ai étudié l’effet de la pression de surface sur la compacité de la couche de défaut et mis en évidence l’existence d’un mode de défaut par spectroscopie en réflexion spéculaire sur la structure complète. Pour la seconde méthode, j’ai montré que la géométrie du défaut conservait très bien la périodicité dans le plan de la première opale et permettait un dépôt très ordonné de la seconde. Cette qualité structurale est confirmée par les spectres en réflexion : des contrastes proches de 100% entre les modes réfléchi et transmis ont été mesurés. Des calculs de FDTD, en très bon accord avec les résultats expérimentaux, ont été menés.

Finalement, des nanocristaux de CdTeSe ont étédéposés sur la couche de silice. Les diagrammes d’émission réalisés sur les structures complètes ont mis en évidence une augmentation de la fluorescence, dépendant de la longueur d’onde et de la direction de collection, dans la bande interdite.


This thesis deals with the synthesis and study of 3D-photonic crystals (silica opals) with the purpose to control and manipulate fluorescent nano-emitters embedded in these structures. This work goes from the synthesis of silica spheres and opals to the study of emission of nanocrystals located in an opal.

To enhance the confinement of the electromagnetic field of nanocrystals embedded in the photonic structure, I investigated different methods to create a planar defect between two opals : a technique to transfer a compact monolayer of spheres of different diameter (Langmuir-Blodgett or Langmuir-Schaefer) and a method based on silica sputtering. For the first method, I studied the effect of the applied surface pressure on the defect layer compactness and evidenced a defect mode by specular reflection spectroscopy on the final structure. For the second method, I showed that the defect geometry preserved the first opal periodicity in the plane allowing a well-ordered deposition of the second one. This structural order was confirmed by reflection spectra : almost 100%-contrast between transmitted and reflected modes was observed. FDTD calculations, in very good agreement with the experimental results were performed.

Finally, CdTeSe nanocrystals were deposited on the sputtered silica layer. Emission diagrams performed on the final structures evidenced an increase of fluorescence, depending on the wavelength and on the collection direction, inside the stopband.