Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Les nanotubes de carbone monofeuillets (SWNT) présentent des propriétés physiques originales dues à leur composition –ils sont constitués uniquement d’atomes de carbone– et à leur faible dimensionnalité. En ce qui concerne leurs propriétés optiques, les SWNT semi-conducteurs émettent de la lumière dans le proche infrarouge –on parle de photoluminescence ou de fluorescence– à des longueurs d’onde qui dépendent de leur structure et de leur environnement diélectrique. Cet article traitera des phénomènes physiques à l’origine de la photoluminescence des SWNT, et en particulier leurs propriétés excitoniques, l’influence de la structure et de l’environnement sur le spectre de photoluminescence, ainsi que les perspectives d’applications en photonique.
Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.
Lire l’articleABSTRACT
Single-wall carbon nanotubes (SWNTs) display unusual physical properties owing to their smallness and their all-carbon composition. Concerning their optical properties, semiconductor SWNT emit light in the near infrared – a phenomenon called fluorescence or photoluminescence – at wavelengths that depend on their structure and dielectric environment. This article concerns the physical phenomena responsible for SWNT photoluminescence, and in particular the excitonic properties of these entities, the influence of their structure and environment on their photoluminescence spectrum, and on their possible applications in photonics.
Auteur(s)
-
Nicolas IZARD : Chargé de recherche au CNRS - Laboratoire Charles Coulomb, université de Montpellier, France
-
Jean-Sébastien LAURET : Professeur d’université - Laboratoire Aimé Cotton, université Paris-Sud, Orsay, France
-
Éric ANGLARET : Professeur d’université - Laboratoire Charles Coulomb, université de Montpellier, France
INTRODUCTION
Le carbone est un élément étonnant, capable de former de nombreux types de liaisons chimiques avec d’autres atomes de carbone, conduisant à une grande diversité de formes de carbone existant. Les nanotubes de carbone monofeuillet (SWNT) sont une forme de carbone particulièrement intéressante en raison de leurs faibles dimensionnalités et de leur structure modèle qui leur confèrent des propriétés physiques originales. Ainsi, les SWNT peuvent présenter un caractère métallique ou semi-conducteur, suivant leur structure. Concernant leurs propriétés optiques, les SWNT semi-conducteurs émettent de la lumière dans le proche infrarouge, phénomène appelé photoluminescence. Les longueurs d’onde d’émission des SWNT dépendent fortement de leur structure, ainsi que de leur environnement diélectrique.
Dans cet article, nous discutons des phénomènes physiques à l’origine de la photoluminescence des nanotubes semi-conducteurs. Nous décrivons en particulier le caractère excitonique du mécanisme de photoluminescence, et la forte influence de l’environnement et de la structure sur les spectres de photoluminescence. Les propriétés de photoluminescence des nanotubes sont très riches, et peuvent être mises en œuvre dans des applications variées comme la métrologie, la caractérisation de matériaux, ou encore l’imagerie dans le domaine de la biologie. Nous examinerons en détail les applications de la photoluminescence des nanotubes de carbone dans le domaine de la photonique, que ce soit pour l’information quantique, ou la réalisation de composants optique actifs tels que sources ou détecteurs de lumière.
L'expertise technique et scientifique de référence
MOTS-CLÉS
KEYWORDS
carbon nanotubes | photoluminescence
DOI (Digital Object Identifier)
CET ARTICLE SE TROUVE ÉGALEMENT DANS :
Accueil > Ressources documentaires > Innovation > Nanosciences et nanotechnologies > Nanotechnologies pour l'électronique, l'optique et la photonique > Photoluminescence des nanotubes de carbone > Phénomènes physiques et processus optiques dans les nanotubes
Accueil > Ressources documentaires > Sciences fondamentales > Nanosciences et nanotechnologies > Nanotechnologies pour l'électronique, l'optique et la photonique > Photoluminescence des nanotubes de carbone > Phénomènes physiques et processus optiques dans les nanotubes
Accueil > Ressources documentaires > Électronique - Photonique > Optique Photonique > Matériaux pour l'optique et les lasers > Photoluminescence des nanotubes de carbone > Phénomènes physiques et processus optiques dans les nanotubes
Cet article fait partie de l’offre
Optique Photonique
(221 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
Présentation
La photoluminescence : un outil de métrologie et de caractérisation puissant
En anglais
2. Phénomènes physiques et processus optiques dans les nanotubes
2.1 Processus d’émission de lumière
L’émission de lumière d’un semi-conducteur est appelée luminescence. Elle résulte de la recombinaison d’un électron excité dans la bande de conduction avec un trou de la bande de valence. Dans le cas de la photoluminescence, le semi-conducteur est mis dans un état hors d’équilibre après absorption d’un photon à une énergie supérieure à celle de son gap électronique (figure 5). La photoluminescence est un phénomène plus compliqué que l’absorption optique. En effet, il fait intervenir des processus de relaxation d’énergie, notamment à l’intérieur des bandes électroniques. D’autre part, le processus d’émission de lumière est une voie de retour à l’équilibre qui se trouve en compétition avec des mécanismes non radiatifs. Dans le cas des nanotubes de carbone, le premier de ces mécanismes qui affectent le rendement de luminescence est dû à des transferts d’énergie entre nanotubes. En effet, de manière naturelle, les nanotubes de carbone ont tendance à s’agréger en fagots (figure 2). Or, comme nous l’avons vu au point précédent, les nanotubes de carbone ne sont pas tous semi-conducteurs. Dans un échantillon standard, la probabilité de trouver un nanotube métallique dans un fagot de dix nanotubes est proche de 1 ...
L'expertise technique et scientifique de référence
Cet article fait partie de l’offre
Optique Photonique
(221 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
Phénomènes physiques et processus optiques dans les nanotubes
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - IIJIMA (S.), ICHIHASHI (T.) - Single-shell carbon nanotubes of 1-nm diameter. - Nature, 363, 603 (1993).
-
(2) - BETHUNE (D.S.), KIANG (C.H.), DE VRIES (M.S.), GORMAN (G.), VASQUEZ (J.), BEYERS (R.) - Cobalt-catalysed growth of carbon nanotubes with single-atomic-layer walls. - Nature, 363, 605 (1993).
-
(3) - IZARD (N.), GAUFRES (E.), VIVIEN (L.) - Une nouvelle photonique à base de nanotubes de carbone. - Images de la Physique, CNRS (2011).
-
(4) - JOURNET (C.), MASER (W.K.), BERNIER (P.), LOISEAU (A.), LAMY DE LA CHAPELLE (M.), LEFRANT (S.), DENIARD (P.), LEE (R.), FISCHER (J.E.) - Large-scale production of single-alled carbon nanotubes by the electric-arc technique. - Nature, 388, 756 (1997).
-
(5) - AVOURIS (Ph.) - Molecular Electronics with Carbon Nanotubes. - Acc. Chem. Res., 35, 1026 (2002).
-
(6)...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
Il existe un groupe de recherche regroupant les laboratoires français travaillant sur la thématique des nanotubes de carbone et du graphène, le GDR 3217 Graphene Nanotube : http://www.graphene-nanotubes.org/
HAUT DE PAGE
La conférence internationale sur les sciences et applications des nanotubes (International Conference on the Science and Application of Nanotubes) a lieu chaque année, en général au début de l’été : http://nanotube.msu.edu/nt/home.html. La conférence internationale sur les propriétés optiques des nanotubes et la nano-spectroscopie (Workshop on Nanotube Optics and Nanospectroscopy) a lieu tous les deux ans, généralement au printemps : http://www.wonton2015.org/
HAUT DE PAGE
L'expertise technique et scientifique de référence
Cet article fait partie de l’offre
Optique Photonique
(221 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
