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Dissertations / Theses on the topic 'Confinement quantique'
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Mélin, Thierry. "Spectroscopie optique de réseaux de fils quantiques GaaS/AlaS épitaxies sur surfaces vicinales : confinement quantique et interaction coulombienne entre 2D et 1D." Palaiseau, Ecole polytechnique, 1998. http://www.theses.fr/1998EPXX0040.
Full textAbstract:
Nous decrivons dans ce memoire les proprietes optiques de reseaux periodiques de fils quantiques realises par epitaxie par jets moleculaires de semiconducteurs iii-v alas/gaas sur substrats vicinaux. Nous realisons une etude systematique en fonction de leur inclinaison, qui permet de controler l'amplitude du confinement unidimensionnel ainsi que ses symetries. Les spectres d'absorption de reseaux de fils non dopes presentent de nouvelles transitions excitoniques qui attestent de la formation de minibandes 1d et de l'ouverture de minigaps en bandes de conduction et de valence. Enfin, de fortes interactions exciton-exciton sont mesurees, qui s'expliquent en termes de melange en bande de valence et du confinement periodique 1d, dans un regime ou l'extension des minizones de brillouin laterales /l#x est de l'ordre du rayon de bohr excitonique inverse 1/a#b. Les structures dopees selectivement montrent quant a elles des proprietes gouvernees a la fois par le confinement 1d periodique (couplages inter-sous-bandes) et par la localisation anisotrope des trous photocrees en bande de valence (proprietes de polarisation lineaire, regles de selection optique en (magneto)-photoluminescence). Enfin, nous discutons des singularites au niveau de fermi, phenomene traditionnellement attribue a l'interaction coulombienne entre porteurs photocrees de valence et le gaz degenere d'electrons de conduction. Nous en proposons une explication alternative dans un formalisme de resonance de fano, qui explique quantitativement les singularites observees dans des gaz 2d (gouvernees par le desordre d'alliage) et celles des gaz 2d modules (gouvernees par les couplages inter-sous-bandes).
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Strupiechonski, Élodie. "Confinement photonique extrêmement sub-longueur d'onde pour les lasers à cascade quantique térahertz." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00943200.
Full textAbstract:
Les deux grands défis actuels pour l'optoélectronique térahertz (THz) sont d'une part, le besoin de miniaturiser les sources de rayonnement térahertz, et d'autre part, la nécessité d'améliorer leurs performances actuelles. Parmi les sources de rayonnement térahertz existantes, le laser à cascade quantique (QCL) est à ce jour le meilleur candidat pour remplir ces critères. Afin d'y parvenir, il faut cependant apporter des solutions aux verrous qui limitent la miniaturisation des QCLs THz. Le premier est d'ordre fondamental, et tient au fait que les dimensions des cavités photoniques usuelles sont soumises à la limite de diffraction. Le second verrou provient du fait que la recherche de compacité des sources se traduit généralement par la détérioration de leur puissance optique de sortie et de la directionnalité du faisceau laser. Une nouvelle famille de résonateurs THz métal - semiconducteur - métal (M-SC-M) est présentée de façon théorique et expérimentale. Ces dispositifs, inspirés des oscillateurs électroniques LC, ont permis d'atteindre un volume effectif record Veff=LxLyLz/λeff=5.10−6, où Lx,y,z sont les dimensions de la cavité et λeff est la longueur d'onde de résonance dans le cœur du résonateur (GaAs). Ces résonateurs hybrides photoniques-électroniques ont la particularité d'être libérés de la limite de diffraction dans les trois dimensions spatiales, et bénéficient pour la première fois de toutes les fonctionnalités habituellement réservées aux dispositifs électroniques. Une application aux polaritons inter-sousbandes THz a permis d'obtenir des résultats à l'état de l'art, démontrant d'une part que ces résonateurs hybrides conservent leurs propriétés photoniques, et d'autre part qu'ils permettent un couplage lumière-matière fort. En parallèle de ce travail, la faisabilité d'un QCL THz avec une région active extrêmement fine est démontrée expérimentalement. Une étude systématique des caractéristiques du laser en fonction de l'épaisseur de la région active (Lz) a permis la réduction de Lz=10 μm (≈λeff/2,7) jusqu'à la valeur record de Lz=1,75 μm (≈ λeff/13) dans une cavité Fabry-Pérot M-SC-M. Malgré l'augmentation des pertes optiques, l'effet laser est obtenu au-dessus de la température de l'azote liquide (78 K) pour la région active la plus fine. Ces résultats sont très encourageants pour le développement de régions actives plus performantes, et permettent d'envisager le développement de micro-cavités lasers avec des volumes effectifs extrêmement sub-longueur d'onde. Les perspectives de ce travail de thèse s'étendent de l'électrodynamique quantique en cavité au nanolaser. Les applications potentielles varient énormément en fonction de la configuration des résonateurs hybrides. Ils peuvent être utilisés comme des éléments passifs pour la détection, ou encore comme des éléments actifs tels que des antennes. Enfin, l'utilisation d'une région active fine en combinaison avec un résonateur hybride devrait permettre d'obtenir un QCL THz ultra-compact libéré de la limite de diffraction, tout en introduisant pour la première fois la possibilité d'accorder la fréquence du laser en adaptant l'impédance complexe équivalente de la combinaison d'éléments LC.
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Richard, Tristan. "Etude des effets du confinement quantique sur des verres dopés par des semiconducteurs." Montpellier 2, 1996. http://www.theses.fr/1996MON20133.
Full textAbstract:
Ce travail presente l'etude par spectroscopie optique (absorption et photoluminescence) de verres de borosilicates de sodium dopes par des nanocristaux de cds, cdse ou cdte, ainsi que les modeles theoriques developpes pour interpreter les resultats experimentaux. Au plan theorique, les regimes de faible et de fort confinement sont envisages. Dans ce dernier cas, un modele prenant en compte le melange des etats issus des six bandes de valence superieures a ete developpe. Ce modele permet de simuler les spectres d'absorption d'une population de nanocristaux de tailles statistiquement distribuees. Il permet egalement de prevoir certains effets lies a la symetrie des etats quantifies, comme l'existence d'une transition optique fondamentale interdite dans certains materiaux. Au plan experimental, la methode de fabrication par voie sol-gel est decrite, ainsi que les procedures de recuits controles que les presentes mesures optiques ont permis d'optimiser. Une gamme etendue de rayons de cristallites a ainsi ete obtenue. Les deux transitions excitoniques fondamentales du cdte dans sa phase wurtzite (hexagonale) sont mesurees pour la premiere fois.
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Carrillo, Guerrero Sergio Ivan. "Electronic structure and optical properties of heterogeneous nanocrystals : theory and modeling." Thesis, Lille 1, 2012. http://www.theses.fr/2012LIL10117/document.
Full textAbstract:
L'objectif de ce travail est de décrire la structure électronique et les propriétés optiques de boîtes quantiques de semiconducteurs (nanocristaux) contenant des hétérojonctions, c'est-à-dire des nano-jonctions entre deux semiconducteurs. Ces nanostructures ont des propriétés optiques très intéressantes pour les applications photoniques et photovoltaïques. La description théorique des effets liés à l'interface demande un traitement particulier. Nous commençons par décrire la structure électronique des semiconducteurs massifs en liaisons fortes et nous montrons comment on peut appliquer cette théorie aux nanocristaux. La méthodologie de calcul des spectres optiques en partant de la structure électronique est présentée. Les paramètres de liaisons fortes sont utilisés pour calculer l'évolution de la structure électronique des boîtes quantiques en fonction de leur taille. Le bon accord théorie/expérience obtenu pour la variation de la bande interdite en fonction de la taille valide notre approche théorique. Nous appliquons ensuite ces techniques à des nanocristaux coeur/coquille PbSe/CdSe, après analyse des interfaces présentes dans ces systèmes et discussion des valeurs des discontinuités de bandes. Nos calculs justifient l'hypothèse que CdSe agit comme une barrière de potentiel pour l'électron et le trou. Nous simulons les spectres d'absorption optique des nanocristaux de PbSe, CdSe et PbSe/CdSe. Nos travaux confirment l'existence de transitions optiques intra-bandes photo-induites observées récemment dans des expériences de type pompe-sonde. Ces transitions intra-bandes photo-induites, révélées et étudiées pour la première fois, sont très intéressantes pour des applications en photonique<br>The main objective of this work is to give a description of the electronic structure and optical properties of semiconductor quantum dots (nanocrystals) containing heterojunctions, i.e. nano-junctions between two semiconductors. These nanostructures have interesting optical properties which are very promising for applications in photonics and photovoltaics. The theoretical description of the effects of the interface demands special attention. We start describing the calculations of the electronic structure of bulk semiconductors using semi-empirical tight-binding, and we show how to apply this technique to semiconductor quantum dots. We develop expressions to connect the discrete levels of energy in a quantum dot and the transitions in optical absorption spectra. The bulk tight-binding parameters are used for the calculation of the electronic structure of quantum dots of single compounds, analyzing the effect of the size variation of the quantum dots. The effectiveness of this method is demonstrated, in particular we obtain good values for the bandgap versus size compared to experiments. We apply this method to calculate the electronic structure of PbSe/CdSe core/shell quantum dots, after an analysis of the different types of interfaces that can appear in this system, and we discuss the issues related to the determination of the band offsets. The results of these calculations validate the assumption of the role of the shell as a potential barrier for the electron and the hole. The electronic structures are used in the last chapter to simulate the absorption spectra of PbSe, CdSe and PbSe/CdSe quantum dots. We give theoretical support to recent experiments in transient absorption spectroscopy, revealing groups of new transitions originated by photo-induced intraband absorption. Our calculations shed light on the nature of these optical transitions which can be of interest for applications in photonics
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Galvani, Benoit. "Modélisation du transport électronique quantique : effet du confinement et des collisions dans les cellules solaires." Electronic Thesis or Diss., Aix-Marseille, 2019. http://www.theses.fr/2019AIXM0402.
Full textAbstract:
La limite de Shockley-Queisser représente le compromis entre la non-exploitation des photons d’énergie insuffisante et les pertes par thermalisation des porteurs photo-générés à hautes énergies. Il existe des dispositifs photovoltaïques permettant de dépasser cette limite, basés sur les propriétés quantiques des porteurs et de leur transport. La compréhension des phénomènes physiques quantiques est essentiel pour l’élaboration de nouvelles solutions. L’objectif de cette thèse consiste à réaliser une étude numérique des effets liés au confinement et aux collisions dans des cellules solaires. Dans une première partie consacrée au modèle théorique implémenté, nous détaillons le formalisme des fonctions de Green hors-équilibre et son utilisation dans le cadre de notre étude. Nous proposons un modèle numérique permettant de prendre en compte les interactions electron-phonon et électron-photon au moyen de self-energies. Les deux parties suivantes présentent l'application du formalisme dans le cas de deux dispositifs. Le premier système est une cellule à base de puits quantiques. Le calcul de la densité d’états locale a permis de mettre en évidence le phénomène de minibandes survenant dans les systèmes périodiques quantiques. Le second système est une cellule à base de matériaux pérovskites hybrides. Déjà utilisé pour la conception de cellules tandem, il subsiste toutefois des incertitudes concernant les mécanismes de transport des porteurs dans de tels matériaux hybrides. Notre travail a permis d’apporter des éléments de compréhension sur les effets de l’interaction électron-phonon dans ce matériau, notamment sur les caractéristiques optiques et électriques du dispositif<br>The Shockley-Queisser limit represents the compromise between the non-exploitation of low energy photons andthe thermalization losses of high-energy photo-generated carriers. There are devices that can overcome this limit, based on the quantum properties and transport of carriers. The understanding of the physical phenomena occurring at these nanoscales is a key component to the development of new solutions. The goal of this thesis is to conduct a numerical study of the effects of confinement and scattering in solar cells. In a first part dedicated to the theoretical model, we detail the non-equilibrium Green’s functions formalism and its use in the context of our study. We give details on the numerical model of electron-phonon and electron-photon scatterings with interaction self-energies. The two following parts show examples of application of the Green’s function formalism in the case of two devices. The first system is a multi quantum wells solar cell. Calculations of the local density of states permit to highlight the phenomenon of minibands occurring in such quantum periodic systems. The second system is a solar cell based on perovskite hydrid materials. Already used for the design of tandem cells, there is still uncertainties concerning carrier transport mechanisms in such organic-inorganic materials. Our work has provided information about the effects of electron-phonon scattering in such materials, in particular on the opti-cal and electrical characteristics of the device
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Moreira, Helena. "Confinement quantique dans les nanocristaux supraconducteurs et transport électronique dans les réseaux de nanocristaux métalliques." Phd thesis, Paris 6, 2009. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00566233.
Full textAbstract:
Une première partie de ce travail de thèse consiste au développement d'une nouvelle synthèse chimique de nanocristaux supraconducteurs de plomb ayant la particularité de produire de grandes quantités de nanocristaux monodisperses. Cette synthèse nous permet de réaliser des mesures précises des propriétés thermodynamiques supraconductrices en fonction de la taille des nanocristaux. Nous présentons des mesures de susceptibilité magnétique de ces nanocristaux afin d'analyser l'amplitude de l'effet Meissner en fonction de la taille des particules. Pour des tailles de nanoparticules de plomb comprises entre 10 et 30 nm, nous avons trouvé que l'amplitude de l'effet Meissner est plus faible de plusieurs ordres de grandeurs que prédite par la théorie de Ginzburg-Landau. Nous avons aussi trouvé que cet effet est totalement supprimé pour des particules de diamètres inférieurs à 16 nm lorsque le spectre électronique devient discret. Ce résultat montre que les effets du confinement quantique altèrent l'état superfluide même pour des tailles supérieures à la taille déterminée par le critère d'Anderson. Ce critère contrôle l'existence des paires de Cooper dans le nanocristal. Dans une seconde partie de cette thèse, nous présentons une étude du transport électronique dans des réseaux de nanocristaux d'or réalisés par la technique de Langmuir. Nous présentons l'évolution des propriétés de conduction électrique et optique de ces réseaux avec le couplage des nanocristaux par des molécules alcanedithiols. Nous montrons que la conductivité du réseau augmente fortement pour de petites chaînes alcanes sans pour autant conduire à un état métallique. Aux basses températures de l'Hélium liquide, les caractéristiques courant-tension mesurées sur ces réseaux montrent un comportement non-linéaire et exhibent une tension seuil VT pour l'établissement d'un courant électronique dans le réseau. Nous analysons ce comportement caractéristique du transport dans un réseau avec blocage de Coulomb avec le modèle de Middleton et Wingreen, lequel identifie le passage du régime isolant au régime conducteur à une transition du second ordre. Au voisinage du point critique VT, on observe que la loi reliant le courant à la tension appliquée suit la relation attendue théoriquement. La valeur de l'exposant trouvé suggère que le transport est dominé par des mécanismes de co-tunneling.
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Delebecque, Fanny. "Modélisation mathématique et numérique du transport de gaz quantique dans des situations de fort confinement." Phd thesis, Université Rennes 1, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00440334.
Full textAbstract:
Cette thèse en mathématiques appliquées à la nanoélectronique aborde le problème de la simulation mathématique et numérique du transport de gaz d'électrons confinés dans certaines directions de l'espace. A l'échelle de la nanoélectronique, les phénomènes ondulatoires liés au transport des électrons ne peuvent plus être négligés et la description classique du transport électronique doit laisser place à une approche quantique. La modélisation de tels phénomènes nécessite la résolution de systèmes couplés de type Schrödinger-Poisson, coûteux numériquement. Cette thèse s'appuie donc sur le confinement fortement anisotrope des électrons dans de telles structures pour obtenir des modèles asymptotiques à dimensionnalité réduite, via une analyse asymptotique "fort confinement". La principale difficulté mathématique provient ici des oscillations rapides dues au confinement. Des méthodes telles que la moyennisation en temps long sont décrites pour y remédier. On s'intéresse dans cette approche à plusieurs situations de confinement différentes. Ainsi, on présente deux modèles asymptotiques pour la modélisation du transport d'électrons confinés sur un plan, ainsi qu'un modèle de confinement sur un plan d'un gaz d'électrons soumis à un champ magnétique fort uniforme. Enfin, on propose un modèle asymptotique mathématique ainsi que des simulations numériques dans le cas du transport d'électrons confinés dans un nanofil quantique. Celles-ci sont obtenues par des méthodes numériques basées sur l'idée de la réduction de dimensionnalité qui font appel notamment à une méthode de décomposition en sous-bandes.
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Moreau, Virginie. "Etude du confinement optique dans les lasers à cascade quantique et applications à la détection." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00350075.
Full textAbstract:
Depuis 1994, les lasers à cascade quantique se sont imposés comme la source laser à semiconducteur de choix dans le domaine du moyen et du lointain infrarouge. Comme la plupart des molécules chimiques possèdent des bandes d'absorption entre les niveaux de rotation-vibration qui se situent dans le moyen infrarouge, les lasers à cascade quantique sont particulièrement adaptés aux applications telles que la spectroscopie, la détection de gaz à l'état de traces ou l'imagerie médicale. Une des voies de recherche actives est aujourd'hui leur optimisation en vue de leur miniaturisation et de leur intégration dans des microsystèmes de détection. <br />Ce travail de thèse présente l'étude et l'optimisation du confinement optique vertical dans des hétérostructures lasers à cascade quantique épitaxiées sans couche de confinement supérieure. Ces structures sont intéressantes puisqu'elles sont adaptées à la fois au guide à plasmons de surface et au guide avec un confinement par air. En menant une étude approfondie de la répartition du mode optique et du courant électrique, nous avons conçu des structures originales qui ouvrent notamment de nouvelles perspectives sur l'utilisation de ces lasers pour la détection de fluides. Nous avons également montré que l'observation par microscopie en champ proche est un outil précieux pour la caractérisation et la compréhension des lasers à cascade quantique. Finalement, nous posons les bases nécessaires à la réalisation de matrices de lasers monomodes, utilisant la technologie des cristaux photoniques.
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HAMEAU, SOPHIE. "Systemes d'electrons dans les nanostructures semi-conductrices a confinement quantique dans 2 ou 3 directions." Paris 6, 2000. http://www.theses.fr/2000PA066205.
Full textAbstract:
Cette these constitue une etude, par magnetospectroscopie aux ondes millimetriques, submillimetriques et dans l'infrarouge lointain, de la structure electronique des systemes confines de semi-conducteurs tels que les fils (systemes 1d) ou les boites quantiques (systemes 0d). Une facon de realiser des structures de dimensions submicroniques et nanometriques est de moduler lateralement la densite electronique d'un gaz bidimensionnel d'electrons (ge2d) contenu dans une heterostructure a dopage selectif. Cette modulation est obtenue par lithographie electronique suivie d'une gravure ionique. Nous avons etudie, d'une part, le confinement et la population electronique dans des fils graves gaas/a1gaas. D'autre part, nous avons etudie l'influence de la profondeur de gravure sur la densite d'un ge2d contenu dans une heterostructure si/sige. Cette etude theorique et experimentale a montre qu'il etait possible, selon la profondeur de barriere dopee gravee, de realiser toutes les etapes de modulation du gaz bidimensionnel, a savoir un gaz bidimensionnel faiblement module, puis un reseau d'antiplots (ge2d comportant un reseau periodique de zones vides d'electrons) et enfin un reseau de boites parfaitement isolees les unes des autres dont la taille effective diminue fortement avec la gravure. Une autre maniere d'obtenir des systemes confines d'electrons est la croissance auto-organisee utilisant le grand desaccord de maille entre deux materiaux. Nous avons etudie le couplage entre les electrons et les phonons optiques dans des boites quantiques inas, ne contenant qu'un seul electron, obtenues sur un substrat gaas. Dans les semi-conducteurs massifs, les gaz bidimensionnels ou les fils quantiques, les phonons optiques jouent un role fondamental. En effet, l'emission de phonons optiques est le mecanisme de loin le plus efficace pour la relaxation des electrons places dans des niveaux excites. Nous avons montre l'existence d'un couplage fort entre les electrons et les phonons au sein des boites quantiques conduisant a la formation d'etats hybrides electron-phonon(s) : des polarons a longue vie. La relaxation des porteurs par emission de phonons optiques est alors impossible dans les boites quantiques. Ces polarons constituent un aspect nouveau de l'interaction electron-phonon dans les semi-conducteurs qui pourrait avoir des implications importantes sur la relaxation des porteurs dans les nanostructures.
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Briosne, frejaville Clémence. "Transport et confinement optique d'atomes de strontium pour une expérience de microscope à gaz quantique." Thesis, université Paris-Saclay, 2020. http://www.theses.fr/2020UPASP037.
Full textAbstract:
Les travaux présentés dans ce manuscrit de thèse portent sur la construction d’un nouveau dispositif pour atomes froids de strontium 84. Les expériences réalisées sur ce montage porteront sur la dynamique de relaxation de gaz quantiques hors équilibre. Cette dynamique est étudiée pour des gaz bidimensionnels sur réseau. Ce manuscrit de thèse s'attache à décrire la conception des systèmes optiques utilisés pour piéger et manipuler les gaz lors des expériences. En particulier, le montage optique utilisé pour le transport des atomes entre deux positions de l'enceinte à vide est présenté. La solution choisie pour la réalisation du piège bidimensionnel est elle aussi détaillée. Enfin, un microscope à gaz quantiques est mis en place afin de mesurer in situ les fonctions de corrélation spatiales à partir de la répartition des atomes dans le piège bidimensionnel. Une caractérisation du microscope est présentée dans ce manuscrit. Bien que la conception des différents systèmes optiques soit terminée dans sa première version, il nous reste quelques étapes de construction avant d'achever le montage de notre dispositif expérimental<br>This manuscript presents the construction of a new quantum ultracold atom experiment using strontium 84. The aim of this experiment is to study the relaxation dynamics of quantum gases initially prepared in an out-of-equilibrium state. We will investigate bidimensional gases on a lattice. This manuscript aims to describe the optical systems designed for trapping and manipulating the atoms during the experiment. Specifically, we present our optical solution to transport the atoms between locations in the vacuum chamber. We also discuss the choices we made to create the bidimensional lattice. Lastly, a quantum gas microscope is implemented to measure the spatial correlation functions from the atoms’ distribution in the lattice. A characterization of the microscope is laid out in this manuscript. Though we determined a first version of our optical systems, there are still a few steps needed to complete the experimental setup
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Bengloan, Jean-Yves. "AMELIORATION DES PERFORMANCES DES LASERS A CASCADE QUANTIQUE - ETUDE DU CONFINEMENT OPTIQUE ET DES PROPRIETES THERMIQUES." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00084018.
Full textAbstract:
Pour un laser semiconducteur, la démonstration de fonctionnements en régime continu et à température ambiante est une étape cruciale à franchir pour en faire des dispositifs optoélectronique à part entière. Dans ce but, on cherche à améliorer leur température maximale de fonctionnement en régime continu et à limiter la puissance électrique injectée. Pour répondre à ces deux besoins essentiels, des travaux d'optimisation ont été menés au cours de cette thèse sur des lasers à cascade quantique (LCQ) émettant à lambda~9µm.<br />Une optimisation des guides d'onde des LCQ en GaAs/AlGaAs a été entreprise afin de diminuer les densités de courant de seuil et augmenter les rendements de ces lasers ; grâce à des guides utilisant des couches en AlGaAs ou en GaInP, de nouvelles performances ont été atteintes pour ces lasers. La réalisation d'injection sélective de courant par implantation de protons permet aux LCQ en GaAs/AlGaAs de réduire leurs courants de fonctionnnement, et d'améliorer leur propriétés thermiques. Nous avons expérimenté cette technique sur des LCCQ en GaInAs/AlInAs/InP.<br />L'influence d'une couche épaisse d'or, déposée sur le dessus des guides rubans pour améliorer la dissipation de chaleur, a également été étudiée. Les performances des deux types de LCQ seront comparées et les perspectives sur leur développement seront discutées.
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Bengloan, Jean-Yves. "Amélioration des performances des lasers à cascade quantique : étude du confinement optique et des propriétés thermiques." Paris 11, 2005. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00084018.
Full textAbstract:
Pour un laser semiconducteur, la démonstration de fonctionnementsen régime continu et à température ambiante est une étape cruciale à franchir pour en faire des dispositifs optoélectronique à part entière. Dans ce but, on cherche à améliorer leur température maximale de fonctionnement en régime continu et à limiter la puissance électrique injectée. Pour répondre à ces deux besoins essentiels, des travaux d'optimisation ont été menés au cours de cette thèse sur des lasers à cascade quantique (LCQ) émettant à lambda~9µm. Une optimisation des guides d'onde des LCQ en GaAs/AlGaAs a été entreprise afin de diminuer les densités de courant de seuil et augmenter les rendements de ces lasers ; grâce à des guides utilisant des couches en AlGaAs ou en GaInP, de nouvelles performances ont été atteintes pour ces lasers. La réalisation d'injection sélective de courant par implantation de protons permet aux LCQ en GaAs/AlGaAs de réduire leurs courants de fonctionnnement, et d'améliorer leur propriétés thermiques. Nous avons expérimenté cette technique sur des LCCQ en GaInAs/AlInAs/InP. L'influence d'une couche épaisse d'or, déposée sur le dessus des guides rubans pour améliorer la dissipation de chaleur, a également été étudiée. Les performances des deux types de LCQ seront comparées et les perspectives sur leur développement seront discutées<br>Room temperature continuous-wave (CW) operation is the crucial milestone that promotes a semiconductor laser from an object of research to a device for the world of technology. To achieve this, it is important to increase the maximum CW operating temperature, and to decrease the electrical injected power. The work presented in this thesis investigates these two points to enhance the performance of quantum cascade lasers (QCLs) emitting at lambda~9µm. Waveguide optimisation has been performed on GaAs-based QCLs, to reduce their threshold current and to improve their efficiency. Owing to waveguides with AlGaAs or GaInP cladding layers, new record performances have been obtained for these type of lasers. Selective current injection, realised by proton implantation, is used on GaAs-based QCLs to reduce their operating current and to improve their thermal properties. This technology has been experimented on InP-based QCLs. The benefit of a thick electroplated gold layer, deposit on the top of the ridge devices to improve the heat dissipation, has been also studied. The performances of the two QCLs materials are compared and their future development perspectives are discussed
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Gilibert, Fabien. "Etude et modélisation des effets électriques dans les transistors MOS avancés : contraintes mécaniques, confinement quantique et fuites." Aix-Marseille 1, 2006. http://www.theses.fr/2006AIX11001.
Full textAbstract:
A cause de la réduction des dimensions des dispositifs de la micro-électronique, de nombreux effets électriques apparaissent dans les transistors MOS. La contrainte mécanique, le confinement quantique et les fuites sont encore mal pris en compte par les modèles SPICE. L'objectif de cette thèse est d'étudier ces nouveaux effets puis de proposer des solutions valables pour les modèles compacts. Le premier chapitre ne présente pas seulement les bases nécessaires à la modélisation des dispositifs MOS, il donne aussi des exemples de calculs de structures de bandes. Ensuite, ces calculs sont utilisés pour déterminer des propriétés du silicium contraint prêtes à être utilisées dans un simulateur. Le second chapitre traite de la simulation de capacités MOS. Le confinement quantique des porteurs dans le canal et la grille des transistors ainsi que ses conséquences sont étudiés. Un modèle compact est proposé pour prendre en compte ces effets. De plus, des capacités en silicium contraint sont simulées en utilisant les résultats du premier chapitre, elles sont confrontées avec succès à des mesures. Dans le troisième chapitre deux types de fuites sont étudiées : les fuites de grille et de drain. Au sujet de la fuite de grille, un modèle segmenté original est proposé pour modéliser le phénomène de dépolarisation du canal. Au sujet de la fuite de drain, un modèle compact complet de GIDL comprenant le GIDL assisté par pièges est construit et validé sur plusieurs technologies. Le quatrième chapitre est dédié à la validation des modèles compacts. Une vue d'ensemble des modèles existants est donnée. Les principaux problèmes rencontrés sont analysés et des solutions sont proposées
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Roussignol, Philippe. "Nonlinéarités optiques de microcristaux de semiconducteur CdSSe en matrice de verre : dynamique des porteurs photoexcités et confinement quantique." Paris 11, 1989. http://www.theses.fr/1989PA112212.
Full textAbstract:
Cette thèse présente une étude des propriétés optiques non linéaires de petites particules de semiconducteur CdSSe en matrice de verre. Une brève approche théorique montre comment rendre compte de leurs propriétés linéaires et non linéaires. Les plus grosses particules (rayons de l'ordre de dix nanomètres) sont décrites à l'aide de modèles caractéristiques du semiconducteur massif. Dans les plus petites particules le confinement du mouvement des porteurs dans les trois dimensions doit être explicitement pris en compte. Il fait apparaître dans le spectre d'absorption du verre des structures caractéristiques des transitions électroniques entre niveaux de la boite quantique que constitue la petite particule. Sont ensuite présentées les techniques expérimentales, conjugaison de phase et absorption non linéaire, utilisées dans cette étude. Pour les particules peu confinées, le mécanisme principal de la non linéarité (remplissage de bande) est mis en évidence, la dynamique des porteurs photoexcités étant similaire à celle du semiconducteur massif. L'interface verre-semiconducteur intervient par l'intermédiaire de sites pouvant piéger les porteurs ; elle autorise ainsi l'apparition d'un phénomène photochimique nouveau rendant la non linéarité plus rapide. Une particule confinée, au voisinage de sa première transition électronique permise se comporte comme un système à deux niveaux ; la nature particulière que prend le couplage électron-phonon dans une petite particule de semiconducteur est mise en évidence ainsi que le comportement résonant de la non linéarité au voisinage de cette transition.
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Thierry, François. "Etude des propriétés de nanoparticules semiconductrices pour les cellules solaires hybrides." Thesis, Aix-Marseille, 2015. http://www.theses.fr/2015AIXM4381.
Full textAbstract:
Cette thèse, réalisée dans l'équipe OPTO-PV du laboratoire IM2NP, porte sur l'étude des propriétés particulières des nanostructures de petites dimensions pour des application optoélectroniques. Pour le solaire photovoltaïque, leur utilisation permet d'augmenter l'efficacité et de réduire les coûts. Après avoir étudié les différentes technologies et phénomènes photovoltaïques, nous avons choisi les cellules hybrides organiques - nanosphères semiconductrices comme structures d'étude. Nous avons alors développé une approche numérique de détermination des propriétés intrinsèques des boîtes quantiques. Notre méthode est rapide et nécessite peu de paramètres pour une utilisation à la fois prédictive et explicative. Nous déterminons les propriétés électronique avec l'approximation de la masse effective en la modifiant pour tenir compte de la non-parabolicité des bandes électroniques. Nous utilisons ces résultats pour évaluer les propriétés optiques, particulièrement l'absorption qui joue un rôle important dans le processus photovoltaïque. Nous prenons en compte des effets de couplages diélectriques sur ces propriétés ainsi que des aspects thermodynamiques. Ces outils nous permettent d'étudier l'effet du confinement quantique des charges sur le comportement optoélectroniques de nanostructures de différents types: multipuits couplés, fils de section circulaire et boîtes sphériques. La réalisation et la caractérisation de couches minces de PMMA incorporant des nanosphères homogènes et (cœur)coquille composées de différents semiconducteurs valident notre approche et posent les bases de l'étude de couches actives hybrides pour la réalisation de cellules solaires performantes<br>This thesis was conducted in the OPTO-PV team of the IM2NP laboratory. Its aim is to study the peculiar properties of low-dimensional nanostructures for use in optoelectronic applications. For photovoltaics in particular, they can be used for the realization of innovative devices with theoretical hight efficiencies at low costs. After we evaluated the various technologies and phenomena that can be used in nanostructured photovoltaics, we decided to choose an hybrid organic polymer - inorganic quantum dots solar cell as study structure. We then developed a numerical approach to determine the intrinsic properties of quantum dots. Our method is fast and requires few parameters so that we can conduct predictive and explicative studies. We start with the evaluation of the electronic properties under the effective mass approximation that we modify to take into account the non-parabolicity of the energy bands. We use the results to derive the optical properties with emphasis on absorption that plays an important role in the photovoltaic process. We take dielectric coupling effects and also thermodynamic effects into account. Those tools allow the study of the effect of quantum confinement on the optoelectronic behavior of various nanostructures: coupled quantum wells, circular cross-section quantum wires and spherical dots. The fabrication and characterization of PMMA thin-films containing homogeneous and (core)shell quantum dots of different semiconductors, validate our approach and constitute the first step towards the study of hybrid active layers for efficient solar cells
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Mouillon, Alexandre. "Couples de spin-orbite dans une couche de métal ferromagnétique ultramince comprise entre deux oxydes : confinement quantique et effet Rashba." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAY034.
Full textAbstract:
Mis en évidence expérimentalement au début des années 2010, les couples de spin-orbite (SOTs) ont très rapidement suscité un très fort intérêt dans la communauté du magnétisme et de l'électronique de spin. En effet, ils permettent,dans un empilement de type métal lourd / métal ferromagnétique / oxyde (HM/FM/Ox), de manipuler l'aimantation de la couche ferromagnétique (FM) en injectant un courant dans le plan des couches. En remarquant que la bicouche FM/Ox correspond à la moitié d'un empilement typique utilisé dans les cellules mémoires de types MRAM (Magnetic Random Access Memory, mémoire magnétique à accès aléatoire), on comprend que ce mécanisme est très intéressant pour l'écriture de la couche libre de ces cellules. En effet, le courant d'écriture ne traverse plus la barrière tunnel, ce qui répond naturellement à certaines limitations des MRAM actuelles. L'interprétation physique de ces phénomènes s'est cependant révélée particulièrement complexe. Ces couples ont deux composantes, généralement appelée "Field-like", FL, et "Damping-like", DL. Si dans un premier temps, les études théoriques ont prédit que la composante DL provenait principalement d'un effet de volume dans la couche HM,et que la composante FL provenait principalement d'un effet d'interface, des études expérimentales plus récentes ont montré qu'il n'était pas si simple de séparer ces deux contributions.Dans ce travail de thèse, nous avons choisi une approche originale permettant de n'étudier qu'une seule des deux contributions. Pour ce faire, nous avons choisi de nous concentrer sur la contribution interfaciale en étudiant des échantillons de types Ox1/FM/Ox2. Nous avons ainsi pu mettre en évidence dans ces empilements la présence de SOTs ce qui n'était textit{a priori} pas si évident dans une structure ne contenant pas de métal lourd et présentant de surcroît une forte symétrie. D'autre part, nous avons pu montrer que seule la composante FL de ces couples était présente. Le comportement inattendu de ce FL-SOT en fonction de l'épaisseur de la couche FM, nous a conduit à proposer un modèle basé sur la combinaison d'un effet interfacial de type Rahsba et d'un effet de confinement quantique dû à la très faible épaisseur de matériau conducteur dans ces empilements<br>Experimentally demonstrated in the early 2010's, spin-orbite torques (SOTs) very quickly generated a very strong interest in the magnetism and spin electronics community. Indeed, they allow, in a heavy metal / ferromagnetic metal / oxide (HM/FM/Ox) multilayer, to manipulate the magnetization of the ferromagnetic layer (FM) by injecting an in-plane current. Noting that the FM/Ox bilayer corresponds to half of a typical stack used in MRAM memory cells (Magnetic Random Access Memory), we understand that this mechanism is very interesting for writing the free layer of these cells. Indeed, the writing current no longer crosses the tunnel barrier, which naturally responds to some of the limitations of current MRAMs. However, the physical interpretation of these phenomena has proved to be particularly complex. These torques have two components, generally called "Field-like", FL, and "Damping-like", DL. While initially, theoretical studies predicted that the DL component was mainly due to a volume effect in the HM layer, and the FL component was mainly due to an interface effect, more recent experimental studies have shown that it is not so simple to separate these two contributions.In this thesis work, we have chosen an original approach that allows us to study only one of the two contributions. To do so, we have chosen to focus on the interfacial contribution by studying Ox1/FM/Ox2 samples. We were thus able to highlight in these stacks the presence of SOTs, which was not so obvious in a structure that did not contain heavy metal and also had a strong symmetry. On the other hand, we were able to show that only the FL component of these couples was present. The unexpected behaviour of this FL-SOT as a function of the thickness of the FM layer led us to propose a model based on the combination of a Rahsba interfacial effect and a quantum confinement effect due to the very thin thickness of conductive material in these multilayers
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Thierry, François. "Etude des propriétés de nanoparticules semiconductrices pour les cellules solaires hybrides." Electronic Thesis or Diss., Aix-Marseille, 2015. http://www.theses.fr/2015AIXM4381.
Full textAbstract:
Cette thèse, réalisée dans l'équipe OPTO-PV du laboratoire IM2NP, porte sur l'étude des propriétés particulières des nanostructures de petites dimensions pour des application optoélectroniques. Pour le solaire photovoltaïque, leur utilisation permet d'augmenter l'efficacité et de réduire les coûts. Après avoir étudié les différentes technologies et phénomènes photovoltaïques, nous avons choisi les cellules hybrides organiques - nanosphères semiconductrices comme structures d'étude. Nous avons alors développé une approche numérique de détermination des propriétés intrinsèques des boîtes quantiques. Notre méthode est rapide et nécessite peu de paramètres pour une utilisation à la fois prédictive et explicative. Nous déterminons les propriétés électronique avec l'approximation de la masse effective en la modifiant pour tenir compte de la non-parabolicité des bandes électroniques. Nous utilisons ces résultats pour évaluer les propriétés optiques, particulièrement l'absorption qui joue un rôle important dans le processus photovoltaïque. Nous prenons en compte des effets de couplages diélectriques sur ces propriétés ainsi que des aspects thermodynamiques. Ces outils nous permettent d'étudier l'effet du confinement quantique des charges sur le comportement optoélectroniques de nanostructures de différents types: multipuits couplés, fils de section circulaire et boîtes sphériques. La réalisation et la caractérisation de couches minces de PMMA incorporant des nanosphères homogènes et (cœur)coquille composées de différents semiconducteurs valident notre approche et posent les bases de l'étude de couches actives hybrides pour la réalisation de cellules solaires performantes<br>This thesis was conducted in the OPTO-PV team of the IM2NP laboratory. Its aim is to study the peculiar properties of low-dimensional nanostructures for use in optoelectronic applications. For photovoltaics in particular, they can be used for the realization of innovative devices with theoretical hight efficiencies at low costs. After we evaluated the various technologies and phenomena that can be used in nanostructured photovoltaics, we decided to choose an hybrid organic polymer - inorganic quantum dots solar cell as study structure. We then developed a numerical approach to determine the intrinsic properties of quantum dots. Our method is fast and requires few parameters so that we can conduct predictive and explicative studies. We start with the evaluation of the electronic properties under the effective mass approximation that we modify to take into account the non-parabolicity of the energy bands. We use the results to derive the optical properties with emphasis on absorption that plays an important role in the photovoltaic process. We take dielectric coupling effects and also thermodynamic effects into account. Those tools allow the study of the effect of quantum confinement on the optoelectronic behavior of various nanostructures: coupled quantum wells, circular cross-section quantum wires and spherical dots. The fabrication and characterization of PMMA thin-films containing homogeneous and (core)shell quantum dots of different semiconductors, validate our approach and constitute the first step towards the study of hybrid active layers for efficient solar cells
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Diarra, Mamadou Marcel. "Étude théorique de nanofils semiconducteurs." Thesis, Lille 1, 2009. http://www.theses.fr/2009LIL10010/document.
Full textAbstract:
Le dopage des nano-fils de semi-conducteurs est un paramètre essentiel gouvernant leurs propriétés optiques et de transport. Alors que dans les fils d'une centaine de nanomètres de diamètre les impuretés servant au dopage se comportent certainement comme dans le matériau massif, les confinements quantique et diélectrique influent fortement sur leur structure électronique pour des dimensions de l'ordre de la dizaine de nanomètres ou en dessous. Les récentes techniques de croissance des nano-fils semi-conducteurs ouvrent de grandes opportunités pour des applications à l'échelle nanométrique. Ils restent semi-conducteurs indépendamment de leur diamètre et de leur orientation, donnant la possibilité de contrôler leurs propriétés par dopage. Alors qu'il n'y a pas de doute que des nano-fils de type p et n peuvent être produits, la question sur «comment leur conductivité électrique dépend du dopage ?» reste largement ouverte. En fait, la plupart des travaux montrant de bonnes propriétés de transport concernent des nano-fils dopés avec une forte concentration de dopants (près de la densité de Mott ou au dessus). Dans ce cadre, notre travail présentera les résultats de calculs de structure électronique d'impuretés hydrogénoïdes dans des nano-fils de silicium. L'évolution de l'énergie de liaison des donneurs et accepteurs sera présentée en fonction de la taille des nano-fils. Des simulations de l'efficacité de dopage à température ambiante permettront de prédire des caractéristiques essentielles du transport électronique dans les nano-fils. Nous montrons que l'énergie de liaison croit, dû aux confinements. Le confinement quantique pour les petites tailles de nano-fils (diamètre < 5 nm) et le confinement dit « diélectrique» qui se produit quand il y a une importante discontinuité entre la constante diélectrique dans le nano- fil et celle de son environnement. Pour les nano- fils dans un environnement avec une faible constante diélectrique, nous montrons que les impuretés ne peuvent être ionisées à température ambiante même pour des diamètres jusqu'à quelques dizaines de nanomètres. Nous expliquons l'origine de ce comportement en considérant l'effet du potentiel de l'impureté et de la self-énergie des porteurs, nous donnons l'énergie d'ionisation dans différentes configurations. Ces résultats nous permettent de conclure qu'un fort dopage est nécessaire pour obtenir de bonnes propriétés électriques dans le nano-fil<br>Recent breakthroughs in the growth of semiconductor nanowires (SNWs) have opened up great opportunities for nanoscale device applications. SNWs remain semiconducting independent oftheir diameter and orientation, giving the ability to control their properties by doping. Therefore a large number of experimental works have addressed the problem of doping and of its modulation in SNWs. While there is no doubt that p- and n-type SNWs can be produced, the question of how their electrical conductivity depends on the doping level remains largely open. ln fact, most of the works showing good transport properties concern SNWs doped with high impurity concentration, near or above the Mott density. ln order to investigate the doping efficiency in SNWs, we present calculations of the electronic structure of donor and acceptor impurities in Si nanowires. We show that their ionization energy increases due to the confinement, the quantum confinement at small sizes (diameter < 5 nm) and above aIl the so-called dielectric confinement which occurs when there is an important dielectric mismatch between the wire and its surrounding. For SNWs embedded in a material with a low dielectric constant, we obtain that the impurities cannot be ionized at room temperature even for diameters up to several tens of nanometers. We explain the origin of this behavior by considering the effect of the impurity potential and of the self-energy of the carrier, and we make predictions for the ionization energy in different configurations. These results allow us to conclude on the necessity to use heavy doping to obtain good electrical properties in SNWs
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Maelger, Jan. "Perturbative perspectives on the Phase diagram of Quantum ChromoDynamics." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLX050/document.
Full textAbstract:
L'étude du diagramme des phases de la Chromodynamique Quantique (QCD) et des transitons associées (déconfinement et restoration de la symétrie chirale) représentent des défis majeurs de la Physique moderne et nombreuses sont les approches théoriques qui visent à en sonder les multiples facettes. Du fait de l'intensité de l'interaction forte dans les régimes d’énergie pertinents pour les transitions susmentionnées, ces approches sont en général de nature non-perturbative, la théorie des perturbations étant réputée inapplicable à ces échelles. Il est, cependant, bien établi que le point de départ de la théorie usuelle des perturbations, basée sur la procédure de fixation de jauge de Faddeev-Popov, est ambigu à ces échelles (ambiguïté de Gribov). Dans ce contexte, une approche perturbative modifiée, basée sur le Lagrangien de Curci et Ferrari, a été proposée, via l’ajout phénoménologique d'un terme de masse effectif pour le gluon en jauge de Landau. Cette approche a été testée avec succès, notamment dans sa capacité à reproduire les fonctions de corrélation de la théorie Yang-Mills (et QCD dans la limite de quarks lourds) et la thermodynamique à temperature et potentiel chimique non nuls.Dans cette thèse, nous avons testé la robustesse de ces résultats en évaluant la structure de phase de la QCD avec quarks lourds au deuxième ordre de la théorie des perturbations dans le modèle de Curci-Ferrari et en comparant nos résultats à ceux d'approches nonperturbatives. Nos résultats indiquent que, dans ce régime de quarks lourds, le diagramme de phases est contrôlée perturbativement. Nous avons égalementétendu notre étude au cas de la QCD avec quarks légers en utilisant un schéma de resommation qui exploite la présence de petits paramètres dans le régime infrarouge de la QCD. Dans le secteur des quarks, cette démarche donne lieu à la resommation des fameux diagrammes dits "arc-en-ciel”. Ici, nous généralisons ce formalisme à temperature et densité non nulles et en presence d'un champ de fond gluonique. Nous réalisons une toute première étude qualitative des prédictions du modèle CF concernant l’existence possible d’un point critique dans le diagramme de phases de QCD sur la base d’une version simplifiée des équations générales ainsi obtenues<br>Unravelling the structure of the QCD phase diagram and its many aspects such as (de)confinementand chiral symmetry breaking, is one of the big challenges of modern theoretical physics, and manyapproaches have been devised to this aim. Since perturbation theory is believed to cease feasibilityat low energy scales, these approaches treat the relevant order parameters, the quark condensate andthe Polyakov loop, non-perturbatively. However, it is also well-established that the starting point forperturbation theory, the Fadeev-Popov gauge-fixing procedure, is inherently ill-defined in the infrareddue to the presence of Gribov ambiguities. In this context, a modified perturbative approach based onthe Curci-Ferrari Lagrangian has been introduced, where a phenomenologically motivated effective gluonmass term is added to the Landau gauge-fixed action. Prior to the beginning of the thesis, this approach hasproven extremely fruitful in its descriptions of (unquenched) Yang-Mills correlation functions and thermodynamics at (non)zero temperature and density.Throughout the thesis we extend this analysis to the entire phase structure of QCD and QCD-liketheories and test the validity of the model in various regimes of interest. For instance, to further aprevious one-loop study in the regime of heavy quark masses, we have computed the two-loop quarksunset diagram in the presence of a non-trivial gluon background in a finite temperature and densitysetting. We come to the conclusion that the physics underlying center symmetry is well-described by our perturbative model with a seemingly robust weak-coupling expansion scheme. Furthermore, we study the regime of light quarks by means of a recently proposed resummation scheme which exploits the presence of actual small parameters in the Curci-Ferrari description of infrared QCD. In the quark sector, this leads to the renown rainbow equations. We extend this first-principle setup to nonzero temperature, chemical potential, and gluon background. We perform a first qualitative analysis of the prediction of the model concerning the possible existence of a critical endpoint in the QCD phase diagram by using a simplified version of these general equations
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Merghem, Kamel. "Etude de lasers à verrouillage de modes à semiconducteur pour les réseaux de télécommunications à très haut débit." Thesis, Lille 1, 2011. http://www.theses.fr/2011LIL10092/document.
Full textAbstract:
Ce travail de thèse porte sur l'étude des performances des lasers à base de bâtonnets quantiques en régime de verrouillage de modes passif dans différentes configurations: laser à deux sections (une section de gaine et une section à absorbant saturable) et laser autopulsant constitué d'une seule section de gain. Nous nous intéresserons tout particulièrement au bruit de phase et à la gigue temporelle des impulsions, caractéristiques limitantes pour les applications faible gigue telles que la récupération d'horloge tout-optique ou la génération de porteuses optiques micro-ondes et millimétriques. Une technique de stabilisation optique permettant de réduire cette gigue temporelle est mise en oeuvre dans ces travaux. Nous présentons également la génération d'impulsions sub-picosecondes à des fréquences de répétition supérieures à 300 GHz à l'aide de lasers autopulsants<br>This PhD thesis deals with the study of passive quantum-dash-based mode locked laser in different configurations: 2-section device (one gain section and one saturable absorber section) and self pulsating laser using a single section device.We have assessed in particular phase noise and timing jitter in optical pulses. The latter is very important for low jitter applications as ail optical clock recovery and millimeter wave generation. Stabilization technique based on optical feedback has been applied to reduce the timing jitter. Moreover, we present passive mode locked operation of a self-pulsating quantum dash Fabry-Perot laser diode at arepetition rate over 300 GHz
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Bescond, Marc. "Modélisation et simulation du transport quantique dans les transistors MOS nanométriques." Phd thesis, Université de Provence - Aix-Marseille I, 2004. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00008075.
Full textAbstract:
La réduction constante de la taille des transistors conduit aujourd'hui à des dispositifs nano-métriques dans lesquels les effets quantiques sont de plus en plus prédominants. Ce travail modélise des transistors MOSFET ultimes et détermine l'impact des effets quantiques dans les architectures multi-grilles émergeantes. Nous utilisons le formalisme auto-cohérent des fonctions de Green hors-équilibre exprimé dans la théorie des liaisons fortes. Nous simulons tout d'abord un transistor double-grille 2D confiné, dans lequel l'axe source-drain est représenté par une chaîne atomique. Nous étudions l'amplitude du courant tunnel source-drain en fonction de la longueur de grille et montrons que les transistors conservent des caractéristiques électriques acceptables jusqu'à une longueur de grille de 7 nm. Nous développons ensuite un modèle 3D pour décrire les architectures à nanofil de silicium (Tri-gate, Pi-gate, Omega-gate, Gate-all-around). Une étude détaillée illustre plusieurs concepts de la théorie de transport de Landauer (quantum de conductance, résistance des réservoirs) et compare les performances électriques de chaque configuration de grille. Nous discutons l'influence du contrôle électrostatique en fonction de la longueur de grille et des dimensions de la section transverse. Enfin, nous proposons un modèle capable de traiter la présence de défauts ponctuels dans de tels composants 3D et analysons l'impact de leur type et de leur position.
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Caillabet, Laurent. "Equation d'état ab initio de l'hydrogène dans la matière dense et tiède et application à l'implosion de cibles pour la fusion pour le confinement inertiel." Palaiseau, Ecole polytechnique, 2011. http://pastel.archives-ouvertes.fr/docs/00/59/92/83/PDF/Memoire.pdf.
Full textAbstract:
Dans le domaine de la fusion par confinement inertiel (FCI), l'équation d'état (EoS) de l'hydrogène et de ses isotopes est très certainement une des propriétés les plus importantes à connaître. Les EoS basées sur des modèles chimiques peinent à donner une description univoque de l'hydrogène dans le domaine de couplage et de dégénérescence partiels, appelé matière dense et tiède, ou Warm Dense Matter (WDM). En effets, ces modèles utilisent des potentiels ad hoc pour décrire les interactions à N corps dont les effets sont importants dans la WDM. Au contraire, les méthodes de calcul ab initio s'affranchissent de ces approximations en résolvant de manière exacte (ou presque) le problème quantique à N corps et sont donc particulièrement pertinentes dans ce domaine. Dans la première partie de cette thèse, nous décrivons comment nous avons construit une table d'EoS multi-phase de l'hydrogène, à partir de méthodes de calcul ab initio dans le domaine de la WDM. Nous montrons notamment que cette EoS est en très bon accord avec la plupart des données expérimentales disponibles (Hugoniot principale, vitesse du son dans le fluide moléculaire, courbe de fusion à basse pression, mesures de chocs multiples). Dans la deuxième partie, nous présentons une application directe de notre EoS en montrant son influence sur les critères d'allumage et de combustion de deux types de cibles pour la FCI : une cible auto-allumante qui sera utilisée sur le Laser MegaJoule (LMJ), et une cible destinée à l'allumage par choc. Nous montrons notamment que l'optimisation de l'impulsion laser permettant de maximiser l'énergie thermonucléaire dégagée par les cibles est fortement dépendante de la précision de l'EoS dans le domaine de couplage et de dégénérescence forts<br>In the field of the inertial confinement fusion ( ICF), the equation of state ( EoS) of the hydrogen and its isotopes is one of the most important properties to know. The EoS based on chemical models have difficulty in giving an unambiguous description of the hydrogen in the strong coupled and partial degenerate regime, called Warm Dense Matter ( WDM). Indeed, these models use potential with adjustable parameters to describe the many body interactions which are important in the WDM. On the other hand, the ab initio methods resolve almost exactly the quantum many body problem and are thus particularly relevant in this domain. In the first part of this thesis, we describe how we built a table of a multi-phase EoS of the hydrogen, using ab initio methods in the field of the WDM. We show in particular that this EoS is in very good agreement with most of the available experimental data (principal Hugoniot, sound velocity in the molecular fluid, melting curve at low pressure, measurements of multiple shocks). In the second part, we present a direct application of our EoS by showing its influence on the criteria of ignition and combustion of two target designs for ICF: a self-ignited target which will be used on the Laser MegaJoule ( LMJ), and a shock-ignited target. We show in particular that the optimization of the laser pulse allowing maximizing the thermonuclear energy is strongly dependent on the precision of the EoS in the strong coupled and degenerate domain
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Borowik, Łukasz. "Étude de propriétés électroniques de nanostructures par microscopie à force atomique sous ultra-vide." Phd thesis, Université des Sciences et Technologie de Lille - Lille I, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00466670.
Full textAbstract:
Cette thèse est consacrée à l'étude des propriétés électroniques de nanostructures par microscopie à force atomique (AFM) en ultra-vide. La première partie de ce travail a consisté à caractériser localement des nanofils de silicium par technique d'AFM conducteur. Les expériences de conduction locale sur nanofils inclinés montrent que la conduction des nanofils intrinsèques est dominée par un transport en surface, associé à la présence de résidus catalytiques métalliques. Cette conduction peut être partiellement supprimée (par désoxydation) ou exaltée (par traitement thermique). Une caractérisation qualitative du dopage de ces nanostructures est présentée, par technique de microscopie à sonde de Kelvin. La deuxième partie de la thèse a consisté à étudier le transfert de charges et les propriétés d'ionisation de nanocristaux de silicium passivés hydrogène, dopés de type n (P) ou p (B), fabriqués par dépôt plasma. L'analyse des images de microscopie à sonde de Kelvin en modulation d'amplitude sous ultra-vide montre que le transfert de charges des nanocristaux de silicium correspond à un mécanisme de compensation d'énergie, exalté par le confinement quantique. Les résultats expérimentaux fournissent une mesure de l'ouverture de la bande interdite des nanocristaux due au confinement quantique, dans la gamme 2-50 nm, en accord quantitatif avec des calculs en liaisons fortes. Ils mettent en avant la possibilité d'utiliser des nanocristaux dopés comme sources d'électrons pour réaliser un dopage sélectif contrôlé de nanostructures ou nanodispositifs, avec des densités dans les gammes de 2×10^11-10^14 cm^-2 ou 8×10^5-2×10^7 cm^-1.
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Habinshuti, Justin. "Du nanocristal de PbSe à l’hétéro-nanostructure PbSe/CdSe : synthèse chimique et caractérisation des propriétés physiques." Thesis, Lille 1, 2011. http://www.theses.fr/2011LIL10012/document.
Full textAbstract:
Depuis les années 80, les nanocristaux (NCs) semi-conducteurs sont devenus très attractifs à cause d’énormes potentiels qu’ils représentent en termes d’applications technologiques. En effet, lorsque les dimensions d’un matériau deviennent inférieures ou comparables à la dimension caractéristique (rayon de Bohr) des porteurs de charges, les effets de confinement quantique conduisent à l’apparition de nouvelles propriétés physico-chimiques qui dépendent de la taille, la forme... Les NCs de chalcogénures de plomb possèdent des constantes diélectriques élevées et sont des matériaux de choix pour étudier les effets de confinement sur les propriétés des NCs dans le régime de confinement fort. Dans la première partie de cette thèse, les résultats obtenus sur la synthèse des NCs de PbSe et de PbSe/CdSe sont présentés. De taille très mono disperse et possédant une structure cristalline parfaite, ces NCs ont été synthétisés par voie colloïdale. Par la suite, les propriétés physico-chimiques de ces NCs ont été étudiées par diverses techniques de caractérisation (microscopies électroniques, diffraction des rayons X (XRD), diffraction électronique (SAED), spectroscopies Raman, absorption proche infrarouge et photoémission (UPS/XPS). Enfin, à l’aide des techniques de dépôts comme le Langmuir-Blodgett, des films minces de NCs de PbSe et de PbSe/CdSe ont été fabriqués. En utilisant un rayonnement synchrotron, la discontinuité des bandes dans les hétéro-nanostructures de PbSe/CdSe a été déterminée par XPS. Les résultats montrent un changement irréversible de la nature des NCs de PbSe/CdSe lors d’une irradiation prolongée de l’échantillon par un faisceau synchrotron<br>The tunability of electronic and optical properties of semiconductor nanocrystal (NC) is an important matter in nanotechnology because of their multiple potential applications in optoelectronics such as solar cells, nanotransistors, light emitters, biological markers…Core/shell QDs which are heterogeneous NCs have attracted increasing attention over the past decade, especially because of their enhanced photoluminescence properties and the possibility to create spatially separated excitons by means of a staggered core/shell band alignment. We studied lead chalcogenide NCs because of their unique physical properties which are very different from those of their corresponding bulk materials. Their high dielectric constant (ε∞=23 for PbSe) and the small effective masses of their electron and hole, create excitons with a relatively large effective Bohr radii. These properties lead to a strong confinement of the charge carriers and phonons., thus making them them promising building blocks for a wide number of applications. In the first part of this work, PbSe and PbSe/CdSe NCs with a narrow size distribution and high structural quality have been synthesized, using a colloidal route. Characterizations have been performed using several techniques (electron microscopy, X-ray diffraction (XRD), electron diffraction (SAED), photoemission (XPS/UPS), Raman and absorption spectroscopic measurements).By using deposition techniques such as Langmuir-Blodgett deposition, homogenous, compact thin films of PbSe and PbSe/CdSe NCs have been fabricated. UPS/XPS measurements performed with synchrotron radiations give the valence band offset between the core and the shell of these core/shell NCs
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Anufriev, Roman. "Optical properties of InAs/InP nanowire heterostructures." Thesis, Lyon, INSA, 2013. http://www.theses.fr/2013ISAL0133/document.
Full textAbstract:
Ce travail de thèse porte sur l’étude des propriétés optiques de nanofils InP et d’hétérostructures nanofils InAs/InP épitaxiés sur substrat silicium. Ce travail de thèse a été réalisé principalement dans le cadre du projet ANR «INSCOOP»<br>This thesis is focused upon the experimental investigation of optical properties of InAs/InP NW heterostructures by means of photoluminescence (PL) spectroscopy. First, it was demonstrated that the host-substrate may have significant impacts on the optical properties of pure InP NWs, as due to the strain, created by the difference in the LTECs of the NWs and the host-substrate, as due to some other surface effects. Next, the optical properties of such nanowire heterostructures as quantum rod (QRod) and radial quantum well (QWell) NWs were investigated. The features of obtained spectra were explained using theoretical simulation of similar NW heterostructures. The polarization properties of single InP NWs, InAs/InP QWell-NWs, InAs/InP QRod-NWs and ensemble of the InAs well ordered NWs were studied at different temperatures. Further, we report on the evidences of the strain-induced piezoelectric field in WZ InAs/InP QRod-NWs. Finally, PL QE of NW heterostructures and their planar analogues are measured by means of a PL setup coupled to an integrating sphere. In general, the obtained knowledge of the optical and mechanical properties of pure InP NWs and InAs/InP NW heterostructures will improve understanding of the electrical and mechanical processes taking place in semiconductor NW heterostructures and will serve for the fabrication of future nanodevice applications
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Chahadih, Abdallah. "Photo-croissance organisée de nano-objets métalliques ou semiconducteurs dans les matériaux diélectriques destinés à la photonique." Thesis, Lille 1, 2012. http://www.theses.fr/2012LIL10060/document.
Full textAbstract:
Ce sujet de recherche ambitionne le contrôle du procédé de réalisation in situ de nano-objets en matrice diélectrique en vue du développement de nouvelles applications. Les matrices de silice comportant des nanoparticules métalliques et semi-conductrices ont suscité un intérêt considérable en recherche fondamentale et appliquée dans le cadre de l’amélioration des catalyseurs, capteurs, ou de composant optiques linéaires et non linéaires. L’utilisation d’une irradiation laser est souvent mentionnée comme méthode prometteuse de croissance localisée. L’objet de ce travail est d’explorer les différentes possibilités de photo-cristallisation de différents types de nanoparticules dans des matrices poreuses ou vitreuses, en faisant varier les conditions de dopage et d’irradiation. Dans cette thèse, des monolithes de silice poreuse produits par le procédé sol-gel ont été post-dopés et densifiés. Une méthode simple, basée sur une irradiation laser, a été développée pour localiser la croissance des nanoparticules semi-conductrices (PbS, CdS) ou métalliques (Au, Ag) à l'intérieur de la matrice de silice poreuse. Les nanoparticules sont précipitées localement sous la surface du xérogels de silice en utilisant un laser visible continu, ou encore dans son volume par une irradiation infrarouge en régime femtoseconde. Il est ainsi apparu qu’une croissance par irradiation en régime femtoseconde dans le domaine infrarouge procède de mécanismes tout à fait différents de ceux d’une synthèse par insolation continue, où le thermique a un rôle prépondérant. Par ailleurs, il est montré que la taille des nanoparticules peut être ajustée par le choix de la concentration des précurseurs dans la solution de post-dopage, par la longueur d’onde du laser, sa puissance ou par la température dans le cas de la précipitation thermique. En outre, différentes méthodes ont été utilisées pour précipiter des nanoparticles métalliques (Ag, Cu) à l’intérieur d’une matrice de silice dense. Ces techniques sont basées soit sur la combinaison d’une insolation laser et d’un traitement thermique, soit uniquement sur des traitements thermiques sous des atmosphères différentes. La structuration spatiale de ces nanoparticules est effectuée par irradiation laser à impulsions, suivie d’un recuit à 600°C. Enfin, le dopage de verre massif par des nanoparticules de Cu a permis d’envisager leur utilisation pour fabriquer des cœurs de fibres optiques micro-structurées dopés. Les premiers tirages de capillaires ont montré que les nanoparticules de Cu peuvent être préservées après avoir subi une fusion à 2000°C<br>The thesis project aims to master the localization and organization of metallic and semiconducting nano-objects formed inside sol-gel silica materials for novel applications. The nanostructuration method used in this thesis is based on the laser irradiation and, if necessary, heat-treatment. The local character of the matter-light interaction leads to the formation of nano-objects only in the irradiated areas. Hence, it is possible to control the spatial distribution of the nano-crystallites as well as their size distribution by varying the irradiation parameters. In this thesis, porous silica monoliths produced via the sol-gel process were doped and densified. Different kinds of semiconductors (CdS, PbS) and metallic (Au, Ag) nanoparticles incorporated inside the porous SiO2 matrix have been precipitated with the assistance of laser irradiation at room temperature or by an annealing process. The local generation of nanoparticles could be performed directly on the surface of the silica xerogel using a visible continuous laser or inside the volume of the matrix by a femtosecond laser irradiation. Moreover, it has been shown that the nanoparticle size could be adjusted by choosing the concentration of the precursors in the post-doping solution, the laser wavelength, the irradiation power and/or the annealing temperature in the case of thermal precipitation. Furthermore, different methods were used to precipitate metallic nanoparticles (Ag or Cu) inside dense silica matrix. Those techniques are based on laser irradiations and/or heat treatments. Under pulsed laser irradiation, the space selective growth of noble metal nanoparticles was achieved in two steps: first, metallic nucleation centres were generated by the pulsed laser (nanosecond or femtosecond) in the irradiated areas; next, the metallic nanoparticles growth was obtained by annealing at 600°C. Besides, the doping of glassy matrices with copper nanoparticles allows foreseeing their use in the core of microstructured optical fibres. First capillary drawings have shown that the copper nanoparticles can be preserved after undergoing a melting at 2000°C
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Kilian, Ondrej. "The lattice dynamics of lead chalcogenides." Thesis, Lille 1, 2011. http://www.theses.fr/2011LIL10081/document.
Full textAbstract:
Nous présentons ici les dispersions de phonons calculées de manière Ab-initio pour les trois chalcogénures de plomb PbS, PbSe et PbTe. Les branches acoustiques obtenues sont en très bon accord avec les expériences d'IXS ("Inelastic Neutron Scattering" - spectroscopie par diffraction inélastique de neutrons). La chaleur spécifique calculée concorde elle aussi avec les résultats expérimentaux. Enfin, le minimum particulièrement marqué de la branche optique transverse (TO) en Gamma induit par la quasi-ferroélectricité est reproduit de manière qualitative. Par ailleurs, nous observons dans nos calculs une chute prononcée sur la branche optique longitudinale (LO) en Gamma. Par le passé, cette baisse était associée à l'écrantage du champ électrique (associé au mode LO) par des porteurs libres suite à la présence d'impuretés. Mais nos calculs montrent que cela persiste même dans le cas de cristaux parfaits de chalcogénures de plomb. Nous expliquons cette chute comme une "quasi-Anomalie de Kohn" associée au faible gap électronique au point de haute symétrie L. Nous montrons que ce gap peut être réduit à zéro à la suite d'une compression de 1.8% de la constante de maille du cristal.Dans ce cas, les bandes de conduction et de valence montrent un croisement linéaire, les modes TO et LO en Gamma sont dégénérés, et une Anomalie de Kohn très forte apparaît sur le mode LO. Nos travaux apportent par ailleurs un support théorique pour l'interprétation des spectres Raman en fonction du diamètre des nanocristaux de séléniure de plomb (PbSe). En effet,le pic Raman de premier ordre se situe aux alentours de 136 cm-1 (et le pic de second ordre est situé au double de cette fréquence). Ils se décalent vers le haut avec la réduction du diamètre du nanocristal. Nous interprétons ce comportement inhabituel comme un confinement quantique du phonon optique longitudinal (LO). Cette hypothèse est validée par les calculs ab-initio des phonons de films de PbSe, avec une épaisseur allant jusqu'à 15 couches. Ces calculs tiennent compte des effets causés par l'environnement diélectrique. Le mode LO orienté perpendiculairement aux films est en effet décalé vers le haut en fréquences lorsque l'épaisseur des couches se réduit.Notre travail propose un point de départ à l'investigation du couplage électron-phonon dans le matériau massif et dans les nanocristaux de chalcogénures de plomb. Ceci pourra contribuer à une meilleure compréhension des mécanismes d'absorption de photons et à l'utilisation de ces matériaux pour les dispositifs d'émission et d'absorption de lumière<br>We present ab-initio phonon dispersion relations for the three lead chalcogenides PbS, PbSe, and PbTe. The acoustic branches are in very good agreement with inelastie neutron-seattering data. Also calculations of the specific heat give good agreement with experimental data. The pronounced minimum of the transverse-optical (TO) branch at Gamma due to the near ferroelectricity of the lead chalcogenides is qualitatively reproduced. ln addition, we find a pronounced dip in the longitudinal-optieal (LO) branch at Gamma. This dip was previously explained as the effect of "free carriers" due to the presence of impurities. The calculations demonstrate that it persists also in the case of pure lead chalcogenides. We explain the dip as a "near Kohn anomaly"which is associated with the small electronic band gap at the high-symmetry point L. We show that this band-gap can be reduced to zero upon compression of the crystal lattice constant by 1.8%. In this case, the conduction and valence bands at L display a linear crossing, the TO and LO mode at Gamma are degenerate, and a very pronounced Kohn anomaly in the LO mode occurs. Furthermore, we have given theoretical and computational support for the interpretation of the diameter dependence of the Raman spectra of lead selenide nanocrystals. The first order Raman peak at about 136cm-1 and its second order overtone at twice this wave number move up in energy with decreasing nanocrystal radius. We interpret this anomalous behavior in terms of quantum confinement of the longitudinal optical (LO) phonon. This interpretation is validated by ab-initio calculations of the phonons of PbSe slabs with up to fifteen layers, taking into account the effects of dielectric embedding. The LO mode perpendicular to the slab shifts indeed upwards with decreasing layer thickness. Our work provides the starting point for the investigation of electron-phonon coupling in bulk and nanocrystalline lead chalcogenides, which should help to better understand the photon absorption mechanisms and the use of these materials in light-harvesting and light-emitting devices
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Filoramo, Arianna. "Spectroscopie resolue en temps dans des heterostructures semiconductrices a confinement quantique : - orientation de spin et transfert de population dans un double puits - dynamique de relaxation et de recombinaison d'une boite unique." Paris 6, 1997. http://www.theses.fr/1997PA066332.
Full textAbstract:
Dans ce memoire nous avons etudie deux themes : le premier concerne l'etude optique de la dynamique temporelle des transports tunnel de population et de spin dans un double puits quantique asymetrique de gaas/(ga,al)as ; le deuxieme concerne l'etude optique avec resolutions spatiale et temporelle d'une boite quantique unique fabriquee par une methode d'interdiffusion. Par une etude systematique realisee sur le transport tunnel en fonction du champ electrique sur un large intervalle de champ pour un double puits quantique asymetrique de gaas/(ga,al)as nous avons pu demontrer l'importance de la correlation excitonique, necessaire a un accord entre theorie et experience. En particulier nous avons propose dans ce memoire un nouveau mecanisme (desintegration de type fano) de transport tunnel. Nous avons montre qu'une description appropriee (fuite tunnel des excitons) est necessaire afin d'obtenir un accord quantitatif theorie experience pour le transfert assiste par le phonons lo. Nous avons presente et discute des resultats experimentaux qui suggerent que le transfert tunnel est sequentiel et que le deux processus sequentiels sont en fait correles. Nous avons egalment etudie la polarisation de spin dans un double puits quantique asymetrique. Nous avons considere dans un premier temps l'effet d'une relaxation energetique intra-puits rapide assistee par un phonon lo sur la conservation du spin et nous avons demontre experimentalement son importance. Nous avons ensuite discute le role joue par les diverses resonances energetiques inter-puits sur la polarisation des etats fondamentaux du puits mince et du puits large. Les effets importants dus a l'asymetrie de la structure ont ete evalues. Enfin nous avons etudie le transfert de polarisation du puits mince vers le puits large et discute l'influence de la maniere dont s'effectue le transfert de population sur la polarisation detectee. La deuxieme partie de la these a ete consacree a l'etude de microphotoluminescence avec resolution temporelle de boites quantiques (systeme od). Nous avons mis en evidence, par une etude du temps de montee du signal de photoluminescence, l'importance de l'interaction coulombienne (effet auger) entre les excitons de la boite unique dans l'etape initiale de leur relaxation energetique. D'autre part aucune inhibition de la relaxation d'energie assistee par les phonons acoustiques n'a pas ete observee dans nos boites. Enfin, les resultats obtenus pour la boite de plus grand confinement ont demontre une caracteristique inattendue (ou surprenante) : d'une part, le caractere excitonique du spectre de pl est clairement mis en evidence ; d'autre part, l'interpretation de la dynamique de relaxation suppose l'existence d'une statistique de fermi pour les excitons, qui seraient donc sujets au principe d'exclusion de pauli!
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Savatier, François. "Dynamique du modèle des sacs : application à la transition de phase de déconfinement." Montpellier 2, 1988. http://www.theses.fr/1988MON20205.
Full textAbstract:
Afin de permettre une description phenomenologique de la transition de phase de deconfinement, la mecanique statistique d'un gaz de sacs avec traitement des interactions a la van der waals est developpee. Une methode tres intuitive de prise en compte des fluctuations spheriques des volumes est ensuite rigoureusement justifiee par une reprise de la dynamique du modele des sacs. Le spectre asymptotique des hadrons dans le modele des sacs est ensuite calcule pour diverses contraintes de jauge et permet une etude phenomenologique du comportement critique de la matiere baryoniquement chargee. Des resultats sont obtenus qui encouragent l'exploitation de la methode de prise en compte des fluctuations de volume
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Kintz, Harold. "Réalisation de couches minces nanocomposites par un procédé original couplant la pyrolyse laser et la pulvérisation magnétron : application aux cellules solaires tout silicium de troisième génération." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00958453.
Full textAbstract:
Ce travail porte sur la synthèse de couches minces de nanoparticules de silicium (np-Si) encapsulées dans une matrice diélectrique en vue d'une application en tant que couche active pour les cellules solaires de 3ème génération. La technique utilisée pour la synthèse des np-Si est la pyrolyse laser. Cette technique nous a permis d'obtenir des np-Si cristallines d'environ 5 nm de diamètre avec une distribution en taille étroite. Par ailleurs, l'utilisation de gaz précurseurs spécifiques (PH₃, B₂H₆) dans le mélange réactionnel a rendu possible le dopage (type n ou p) des np-Si. Le dopage effectif des np-Si a pu être mis en évidence par des mesures de résonance paramagnétique électronique (RPE). Des films de np-Si seules ont pu être déposés in-situ via la création d'un jet supersonique de gaz contenant les particules de silicium. Les caractérisations optoélectroniques de ces couches ont montré un effet de confinement quantique fort au sein de films, garantissant ainsi un élargissement important du gap du silicium de 1.12 eV (pour le silicium massif) à environ 2 eV (pour les np-Si) ; prérequis indispensable pour réaliser une cellule tandem tout silicium. Des mesures de résistivité sur ces films ont permis de confirmer l'activité des dopants au sein des np-Si. Pour les np-Si dopées au phosphore une diminution de la résistivité de plus de 5 ordres de grandeurs par rapport au np-Si intrinsèques a été observée. Le couplage entre la pyrolyse laser et la pulvérisation magnétron via notre dispositif original de synthèse s'est révélé parfaitement adapté à l'élaboration de couches minces nanocomposites np-Si/SiO₂. Un comportement de type diode a pu être mis en évidence sur une jonction constituée par la superposition d'une couche nanocomposites (type n) sur un substrat de silicium massif (type p). Au-delà de la simple application au photovoltaïque, le procédé couplé, largement éprouvé et optimisé au cours de ce travail de thèse, pourrait permettre la réalisation d'une multitude de couches nanocomposites différentes, puisque la nature chimique des particules et de la matrice peuvent être choisies indépendamment.
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Clerc, Raphaël. "Étude des effets quantiques dans les composants CMOS à oxyde de grille ultra minces : modélisation et caractérisation." Grenoble INPG, 2001. http://www.theses.fr/2001INPG0099.
Full textAbstract:
L'influence croissante des effets quantiques dans les composants cmos sub-microniques (confinement quantique a l'interface si/sio 2, effet tunnel a travers l'oxyde de grille) constitue l'une des principales preoccupations de la microelectronique d'aujourd'hui. L'objectif de cette these est, d'une part, d'en presenter les principaux aspects, de proposer des modeles simples et originaux pour les prendre en compte et, d'autre part, d'etudier l'impact de ses effets sur les mesures electriques (courant de grille et capacite en fonction de la tension de grille). L'essentiel de la theorie quantique necessaire a la comprehension de ces effets est resume dans le premier chapitre. L'effet de confinement des electrons (en inversion dans les transistors nmos) et des trous (en accumulation dans les transistors nmos) est ensuite discute, soulignant son impact sur la tension de seuil et la capacite d'oxyde effective c o x. Le troisieme chapitre passe en revue les connaissances en matiere de courant tunnel dans les structures mos, examinant en detail le probleme de la masse effective des electrons dans le sio 2. Une discussion approfondie sur l'impact du confinement des porteurs sur les courants tunnel est ensuite proposee. Il est demontre que les methodes quantiques traditionnellement utilisees (basees sur la notion de transparence et de frequence d'impact, sur la methode de bardeen ou la methode des resonances du coefficient de reflexion) sont en fait equivalentes en terme de precision des resultats. Des modeles semi-analytiques de courant tunnel sont egalement developpes. Enfin, ces differents modeles sont ensuite valides par comparaison avec des resultats experimentaux obtenus sur des transistors nmos a oxydes ultra minces (3 nm-1. 2 nm). L'ensemble de ces resultats permet de definir les conditions de validite des mesures capacitives realisees sur les composants nmos a oxyde ultra mince, dans le but d'une extraction precise des parametres electriques.
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Hapiuk, Dimitri. "ZnO nanostructuré : étude expérimentale de l'auto-organisation de nanoparticules et simulations numériques du dopage dans des phases expansées." Phd thesis, Université Claude Bernard - Lyon I, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01062915.
Full textAbstract:
Cette thèse avait pour premier objectif de comprendre les mécanismes d'auto-organisation entre nanoparticules de ZnO. Synthétisées via une technique physique combinant ablation laser et détente supersonique (la LECBD), les nanoparticules obtenues sont stoechiométriques, cristallisées et sans ligand. Grâce à la DRX et HRTEM, nous avons pu identifier la nature du mécanisme régissant le collage orienté des nanoparticules. Son impact sur la luminescence de couches minces de ZnO est de première importance pour des applications opto-électroniques. La microscopie confocale nous a permis de caractériser finement les spectres optiques de films nanostructurés. Une méthode originale combinant STEM et cathodoluminescence a permis de révéler une hétérogénéité nanométrique de la luminescence issue du collage orienté. Par ailleurs, des phénomènes fondamentaux tels que le blinking, ou bleaching pour une nanoparticule unique de ZnO ne sont pas connus. La LECBD permet d'obtenir des nanoparticules isolées et triées en masse. Nous avons ainsi pu observer la luminescence d'une collection de 50 nanoparticules sous faisceau (état de l'art), donnant accès aux paramètres intrinsèques de la luminescence d'une particule unique. A ce jour, le dopage de type p par substitution reste un verrou technologique dans ZnO freinant le développement d'applications optoélectroniques. Un dernier objectif a donc été d'explorer numériquement les possibilités d'un autre type de dopage dans ZnO à savoir le dopage endohédral. Nous avons montré que le dopage de type p était possible dans la sodalite, une structure cage hypothétique pour ZnO, ce qui ouvre la voie à de nouveaux champs d'investigation dans ce domaine
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Zakharko, Yuriy. "Initial and plasmon-enhanced optical properties of nanostructured silicon carbide." Phd thesis, INSA de Lyon, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00815382.
Full textAbstract:
Nanostructured silicon carbide (SiC) is considered today as a good alternative to the conventional materials for various multidisciplinary applications. In this thesis, SiC nanostructures were elaborated by means of electrochemical etching and laser ablation techniques. The first part of the thesis clarifies size-dependence of optical properties as well as importance of local-field effects onto the photoinduced electronic transitions of SiC nanostructures. In the second part of the thesis strong 15-fold photoluminescence enhancement of SiC nanoparticles is ensured by their near-field interactions with multipolar localized plasmons. Further, 287-fold and 72-fold plasmon-induced enhancement factors of two-photon excited luminescence and second harmonic generation is achieved, respectively. The main physical mechanisms responsible for the observed effects were described by three-dimensional finite-difference time domain simulations. Finally, the coupling effect of luminescent SiC nanoparticles to plasmonic nanostructures is used in the enhanced labelling of biological cells on the planar structures. As a perspective, colloidal plasmonic (Au@SiO2)SiC nanohybrids were elaborated and characterized.
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Diarra, Mamadou Marcel. "Étude théorique de nanofils semiconducteurs." Electronic Thesis or Diss., Lille 1, 2009. http://www.theses.fr/2009LIL10010.
Full textAbstract:
Le dopage des nano-fils de semi-conducteurs est un paramètre essentiel gouvernant leurs propriétés optiques et de transport. Alors que dans les fils d'une centaine de nanomètres de diamètre les impuretés servant au dopage se comportent certainement comme dans le matériau massif, les confinements quantique et diélectrique influent fortement sur leur structure électronique pour des dimensions de l'ordre de la dizaine de nanomètres ou en dessous. Les récentes techniques de croissance des nano-fils semi-conducteurs ouvrent de grandes opportunités pour des applications à l'échelle nanométrique. Ils restent semi-conducteurs indépendamment de leur diamètre et de leur orientation, donnant la possibilité de contrôler leurs propriétés par dopage. Alors qu'il n'y a pas de doute que des nano-fils de type p et n peuvent être produits, la question sur «comment leur conductivité électrique dépend du dopage ?» reste largement ouverte. En fait, la plupart des travaux montrant de bonnes propriétés de transport concernent des nano-fils dopés avec une forte concentration de dopants (près de la densité de Mott ou au dessus). Dans ce cadre, notre travail présentera les résultats de calculs de structure électronique d'impuretés hydrogénoïdes dans des nano-fils de silicium. L'évolution de l'énergie de liaison des donneurs et accepteurs sera présentée en fonction de la taille des nano-fils. Des simulations de l'efficacité de dopage à température ambiante permettront de prédire des caractéristiques essentielles du transport électronique dans les nano-fils. Nous montrons que l'énergie de liaison croit, dû aux confinements. Le confinement quantique pour les petites tailles de nano-fils (diamètre < 5 nm) et le confinement dit « diélectrique» qui se produit quand il y a une importante discontinuité entre la constante diélectrique dans le nano- fil et celle de son environnement. Pour les nano- fils dans un environnement avec une faible constante diélectrique, nous montrons que les impuretés ne peuvent être ionisées à température ambiante même pour des diamètres jusqu'à quelques dizaines de nanomètres. Nous expliquons l'origine de ce comportement en considérant l'effet du potentiel de l'impureté et de la self-énergie des porteurs, nous donnons l'énergie d'ionisation dans différentes configurations. Ces résultats nous permettent de conclure qu'un fort dopage est nécessaire pour obtenir de bonnes propriétés électriques dans le nano-fil<br>Recent breakthroughs in the growth of semiconductor nanowires (SNWs) have opened up great opportunities for nanoscale device applications. SNWs remain semiconducting independent oftheir diameter and orientation, giving the ability to control their properties by doping. Therefore a large number of experimental works have addressed the problem of doping and of its modulation in SNWs. While there is no doubt that p- and n-type SNWs can be produced, the question of how their electrical conductivity depends on the doping level remains largely open. ln fact, most of the works showing good transport properties concern SNWs doped with high impurity concentration, near or above the Mott density. ln order to investigate the doping efficiency in SNWs, we present calculations of the electronic structure of donor and acceptor impurities in Si nanowires. We show that their ionization energy increases due to the confinement, the quantum confinement at small sizes (diameter < 5 nm) and above aIl the so-called dielectric confinement which occurs when there is an important dielectric mismatch between the wire and its surrounding. For SNWs embedded in a material with a low dielectric constant, we obtain that the impurities cannot be ionized at room temperature even for diameters up to several tens of nanometers. We explain the origin of this behavior by considering the effect of the impurity potential and of the self-energy of the carrier, and we make predictions for the ionization energy in different configurations. These results allow us to conclude on the necessity to use heavy doping to obtain good electrical properties in SNWs
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Nguyen, Duc Phuong. "Confinements non-usuels dans les boîtes quantiques semiconductrices." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011374.
Full textAbstract:
Cette thèse porte sur des calculs numériques des propriétés électroniques et optiques des boîtes quantiques avec des confinements non-usuels tels que des boîtes de InGaN/GaN, des tétrapodes de CdSe,...<br /><br />Après avoir présenté les méthodes de calculs numériques utilisées tout au long de cette thèse, nous commençons par étudier théoriquement un super-réseau des boîtes quantiques InAs/GaAs avec une petite périodicité. Cette petite périodicité entraîne l'alignement vertical des boîtes quantiques. Nous montrons que l'état fondamental ne couple qu'avec les états du continuum qui ont presque la même extension dans le plan pour les excitations avec la polarisation suivant la direction de croissance (z). En conséquence de ces couplages particuliers, les photo-réponses en polarisation z ne changent pas quand un champ magnétique est appliqué parallèle à z malgré la présence de nombreux états de quasi-Landau dans le continuum. Nous montrons ensuite qu'une absorption lié-continuum forte en polarisation dans le plan peut être obtenue si l'on réduit la taille latérale des boîtes. Ces résultats sont utilisés pour expliquer les résultats expérimentaux obtenus à Vienne. Dans ce travail effectué en collaboration, nous étudions théoriquement et expérimentalement les photo-détecteurs basés sur des boîtes quantiques InAs/GaAs insérées dans un super-réseau, sans ou avec les barrières de AlAs. Nous montrons que ces structures périodiques peuvent être utilisées pour fabriquer des photo-détecteurs dans la gamme infrarouge lointain. Les spectres de photo-courant sont en bon accord avec les spectres d'absorption optique obtenus par nos calculs.<br /><br />Nous nous intéressons aussi à des hétéro-structures à base de nitrure. Ces semi-conducteurs présentent des propriétés physiques originales comme des grandes masses effectives, de grands offsets de bande, un champ piézo-électrique colossal, ... Nous nous focalisons sur les hétéro-structures InGaN/GaN sur lesquelles de nombreuses applications opto-électroniques sont basées. Nous montrons que les effets du désordre ainsi que les grandes valeurs physiques rendent l'Approximation du Cristal Virtuel non valable dans ces systèmes. Enfin, nous effectuons des calculs des structures électroniques des tétrapodes de CdSe. Nous montrons que les quatre premiers états sont confinés en grande partie dans le corps sphérique, ce qui est cohérent avec les spectres expérimentaux.
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Nguyên, Duc Phuong. "Confinements non-usuels dans les boîtes quantiques semiconductrices." Paris 6, 2005. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011374.
Full text
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Zakharko, Yuriy. "Initial and plasmon-enhanced optical properties of nanostructured silicon carbide." Electronic Thesis or Diss., Lyon, INSA, 2012. http://www.theses.fr/2012ISAL0105.
Full textAbstract:
Le carbure de silicium (SiC) nanostructuré est considéré aujourd'hui comme une bonne alternative aux matériaux traditionnels pour diverses applications multidisciplinaires. Dans cette thèse, des nanostructures de SiC ont été élaborées par gravure électrochimique et par ablation laser. La première partie de cette thèse décrit et explique la dépendance en taille des propriétés optiques ainsi que l'importance des effets de champ local sur les transitions électroniques photo-induites des nanostructures de SiC. Dans la seconde partie, il est démontré une amplification d’un facteur 15 de l’intensité de photoluminescence des nanoparticules de SiC par leurs interactions en champ proche avec les plasmons multipolaires localisées. En outre, un facteur 287 et un facteur 72, induits par le couplage plasmonique, sont obtenus respectivement pour les signaux de luminescence à deux photons et de génération de seconde harmonique. Les principaux mécanismes physiques responsables des effets observés ont été décrits par des simulations de type différences finies dans le domaine temporel en trois dimensions. Enfin, l'effet de couplage de nanoparticules de SiC luminescentes à des nanostructures plasmoniques en structures planes est utilisé pour améliorer le marquage de cellules biologiques. Une perspective est ouverte sur la réalisation et les premières caractérisations de suspension colloïdales de nanohybrides plasmonique (Au@SiO2)SiC<br>Nanostructured silicon carbide (SiC) is considered today as a good alternative to the conventional materials for various multidisciplinary applications. In this thesis, SiC nanostructures were elaborated by means of electrochemical etching and laser ablation techniques. The first part of the thesis clarifies size-dependence of optical properties as well as importance of local-field effects onto the photoinduced electronic transitions of SiC nanostructures. In the second part of the thesis strong 15-fold photoluminescence enhancement of SiC nanoparticles is ensured by their near-field interactions with multipolar localized plasmons. Further, 287-fold and 72-fold plasmon-induced enhancement factors of two-photon excited luminescence and second harmonic generation is achieved, respectively. The main physical mechanisms responsible for the observed effects were described by three-dimensional finite-difference time domain simulations. Finally, the coupling effect of luminescent SiC nanoparticles to plasmonic nanostructures is used in the enhanced labelling of biological cells on the planar structures. As a perspective, colloidal plasmonic (Au@SiO2)SiC nanohybrids were elaborated and characterized
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Moreau, Mathieu. "Modélisation et simulation numérique des nano-transistors multi-grilles à matériaux innovants." Phd thesis, Université de Provence - Aix-Marseille I, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00566288.
Full textAbstract:
Afin de continuer l'amélioration des performances du transistor MOSFET à l'échelle décananométrique, la recherche en microélectronique explore différentes solutions. Les travaux menés au cours de cette thèse se sont plus particulièrement orientés vers l'étude de transistors innovants avec une architecture Double-Grille (DGMOSFET) et l'utilisation de “nouveaux” matériaux tels que les diélectriques de grille à forte permittivité dits “high-κ” et les semiconducteurs à forte mobilité intrinsèque (Ge et III-V). Grâce au développement de codes de simulation numérique basés sur la résolution auto-cohérente du couple d'équations Poisson-Schrödinger ou en utilisant le formalisme des fonctions de Green (NEGF), nous étudions le comportement électrique de différentes structures. Dans un premier temps, le fonctionnement des capacités Métal-Isolant-Semiconducteur et Métal-Isolant-Métal est simulé afin d'évaluer l'influence des propriétés des matériaux innovants et de la composition de l'empilement de grille sur les caractéristiques capacité-tension et sur le courant de fuite tunnel à travers la grille. Puis, les performances en termes de courant de drain face à la réduction de la longueur de grille (effets électrostatiques) et de l'épaisseur du canal de conduction (effet de confinement quantique) sont comparées dans le transistor MOS Double-Grille (à grilles indépendantes ou connectées) avec plusieurs matériaux aux propriétés très différentes (Si, Ge, GaAs et In0.53Ga0.47As). Enfin, nous avons développé une approche simplifiée (modélisation compacte) pour le calcul du courant de drain en dérive-diffusion ou balistique dans les transistors MOS Double-Grille à grilles indépendantes, validée par nos codes de simulation numérique.
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Moreau, Mathieu. "Modélisation et simulation numérique des nano-transistors multi-grilles à matériaux innovants." Phd thesis, Aix-Marseille 1, 2010. https://theses.hal.science/tel-00566288v2.
Full textAbstract:
Afin de continuer l'amélioration des performances du transistor MOSFET à l'échelle décananométrique, la recherche en microélectronique explore différentes solutions. Les travaux menés au cours de cette thèse se sont plus particulièrement orientés vers l'étude de transistors innovants avec une architecture Double-Grille (DGMOSFET) et l'utilisation de “nouveaux” matériaux tels que les diélectriques de grille à forte permittivité dits “high-κ” et les semiconducteurs à forte mobilité intrinsèque (Ge et III-V). Grâce au développement de codes de simulation numérique basés sur la résolution auto-cohérente du couple d'équations Poisson-Schrödinger ou en utilisant le formalisme des fonctions de Green (NEGF), nous étudions le comportement électrique de différentes structures. Dans un premier temps, le fonctionnement des capacités Métal-Isolant-Semiconducteur et Métal-Isolant-Métal est simulé afin d'évaluer l'influence des propriétés des matériaux innovants et de la composition de l'empilement de grille sur les caractéristiques capacité-tension et sur le courant de fuite tunnel à travers la grille. Puis, les performances en termes de courant de drain face à la réduction de la longueur de grille (effets électrostatiques) et de l'épaisseur du canal de conduction (effet de confinement quantique) sont comparées dans le transistor MOS Double-Grille (à grilles indépendantes ou connectées) avec plusieurs matériaux aux propriétés très différentes (Si, Ge, GaAs et In0. 53Ga0. 47As). Enfin, nous avons développé une approche simplifiée (modélisation compacte) pour le calcul du courant de drain en dérive-diffusion ou balistique dans les transistors MOS Double-Grille à grilles indépendantes, validée par nos codes de simulation numérique<br>In order to improve MOSFET performances in the decananometer scale, microelectronic research explores several solutions. In this study, we investigate innovative transistors with Double-Gate architecture (DGMOSFETs) and “new” materials such as high-κ gate dielectrics and high-mobility semiconductors (Ge and III-V). With the development of simulation codes, based on the self-consistent solving of Poisson-Schrödinger equations or using the Green function formalism (NEGF), we study the electrical behavior of different structures. First, the operation of Metal-Insulator-Semiconductor (MIS) and Metal-Insulator-Metal (MIM) capacitance is simulated in order to show the influence of material properties and gate stack composition on capacitance-voltage characteristics and tunneling gate leakage current. Then, drain current performances in Double-Gate MOSFET with independent or connected gates and multiple materials (Si, Ge, GaAs and In0. 53Ga0. 47As) are evaluated for different gate lengths (electrostatic effects) and various semiconductor film thicknesses (quantum confinement). Finally, we developed a compact model of the drain current in drift-diffusion and ballistic regimes for Independent Double-Gate MOSFET, validated with our numerical simulation codes
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Cazayous, Maximilien. "Interférences Raman et Nanostructures." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2002. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00001850.
Full textAbstract:
Les structurations de la matière à l'échelle nanométrique ont ouvert de larges champs d'étude. L'analyse des propriétés structurales des nanostructures, de leur degré d'organisation ainsi que leur influence sur les propriétés électroniques représentent actuellement un défi de première importance. Pour accéder à ces informations, il est souvent nécessaire de faire appel à un ensemble de techniques expérimentales et numériques souvent complexes dans leur mise en oeuvre. Dans cette contribution, nous étudions l'organisation et le confinement électronique dans des multiplans de boîtes quantiques, en nous appuyant à la fois sur une étude expérimentale et un travail de modélisation. Les interférences Raman, observées dans la gamme des phonons acoustiques, résultent de l'interaction entre ces derniers et les états électroniques localisés dans les nanostructures. Parce qu'ils explorent une gamme allant de quelques nanomètres à plusieurs centaines de nanomètres, les phonons acoustiques représentent une sonde particulièrement efficace pour l'étude des nanosystèmes. Les interférences Raman utilisent leur sensibilité pour la mesure des propriétés structurales et électroniques. Elles permettent de mesurer les effets de corrélation verticale et latérale dans les multiplans de boîtes quantiques. Nous avons développé un modèle général dont le domaine d'application s'étend des systèmes contenant quelques plans au super-réseaux. En utilisant l'analyse de Fourier des interférences, on détermine la fonction d'auto-corrélation de la densité de probabilité électronique selon l'axe de croissance. Sensible à la taille et à la forme de la densité électronique, les interférences Raman ouvrent la voie à une imagerie optique de la densité électronique.
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Toussaint, Kathleen. "Greffage de complexes de terres rares luminescents sur silicium cristallin et silicium nano-cristallin pour la détection de NO en phase gazeuse." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2020. http://www.theses.fr/2020LORR0107.
Full textAbstract:
Cette thèse porte sur l’élaboration et la caractérisation de nanostructures luminescentes dopées avec des terres rares qui peuvent être utilisées pour détecter la présence de gaz tels que le monoxyde d’azote. Le silicium cristallin est choisi comme substrat car il est le semi-conducteur de référence en microélectronique. Il est cependant un mauvais émetteur de lumière en raison de sa bande interdite indirecte. Obtenir des propriétés optiques à partir de ce matériau, notamment d’émission, est un challenge et un enjeu très important pour l’industrie de l’optoélectronique et pour les télécommunications optiques. Le confinement quantique de porteurs de charge dans des nanostructures de silicium a permis d’obtenir une émission radiative à température ambiante. Une alternative pour obtenir une émission optique exploitable est de coupler ce matériau avec des ions émetteurs de lumière. Dans ce travail, des complexes contenant des ions de terres rares ont été greffés sur la surface du silicium. Ces derniers sont très intéressants en optique car ils présentent des raies d’émission intenses à des longueurs d’ondes qui ne sont que peu modifiées par leur environnement. Afin d’élaborer ces matériaux hybrides inorganiques/organiques, différentes étapes ont été développées et optimisées au cours de ce travail. Pour fixer les ions à la surface du silicium, il est tout d’abord nécessaire d’oxyder celle-ci de manière à ce qu’elle présente des groupements réactifs. Une deuxième étape consiste à ajouter un aminosilane, l’APTES, qui permet le lien entre le complexe et la surface de silice. La fonction silane permet le greffage à la silice et le film formé présente des fonctions amines libres (-NH2) qui peuvent réagir avec une fonction acide carboxylique. Il est ensuite nécessaire "d’emprisonner" les ions de lanthanides dans un ligand, le DOTAGA. Celui-ci présente 4 fonctions acides carboxyliques pouvant complexer l’ion de terre rare. Une 5ème fonction acide carboxylique reste libre et peut interagir avec une fonction amine, ce qui permet une fixation covalente du complexe. Les complexes de lanthanides (Tb, Eu, Ce, Yb et Nd) ainsi formés sont luminescents. Il est montré qu’une fois greffés sur le silicium plan, les complexes à base de Tb, Eu et Ce présentent une émission radiative importante alors que ceux à base d’Yb et de Nd sont peu luminescents. Des résultats similaires sont obtenus sur silicium poreux. Enfin, l’effet de l’environnement sur les échantillons synthétisés est étudié afin de montrer qu’ils sont des candidats intéressants pour détecter rapidement et réversiblement de faibles quantités de NO, qui est un gaz toxique, incolore et inodore<br>This thesis is about the synthesis and characterization of luminescent nanostructures doped with rare earth ions that can be used as sensor for gases such as nitrogen monoxide (NO). Crystalline silicon, which is used as a substrate here, is a poor light emitter because of its indirect gap. It is challenging for the microelectronic and optical telecommunications industries to obtain optical properties, including emission, from this material. Thanks to quantum confinement in silicon nanostructures, a radiative emission can be obtained at room temperature. A possible way to enhance these properties is to modify the surface in such a way that it becomes optically active. In this work, complexes containing luminescent elements as lanthanides were grafted on the silicon surface. These elements are very interesting for optical applications because the wavelength of their emission peaks is almost independent of the environment and an emission from the blue to the near infrared can be obtained, depending on the rare earth. To produce inorganic/organic hybrid materials, different steps were developed and optimized during this work. So as to attach the rare-earth based complexes to the silicon surface, that surface is oxidized in order to generate reactive groups like silanols. A second required step is the functionalization of the surface by an aminosilane (APTES) which enables to link the silica surface and the complexes. To fix the optically active ions, it is necessary to complex the lanthanide ions with a ligand (DOTAGA) that can react with the ammine group to create a covalent bound of the complex. In this work, it is shown that the synthesized lanthanide complexes (Tb, Eu, Ce, Yb and Nd) are optically active and that after grafting on the silicon surface, Tb, Eu and Ce based complexes have a strong luminescence while Yb and Nd based complexes are weakly active. The same type of results are obtained when the complexes are grafted on porous silicon. Moreover, the effect of the environment, in particular a nitrogen oxide one, is studied on these samples in order to check whether they can be used as NO sensors
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Wattanakit, Chularat. "Élaboration et application de matériaux poreux : études théoriques et expérimentales." Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00912339.
Full textAbstract:
Dans ce travail nous étudions l'élaboration, la caractérisation et les applications de différents matériaux poreux. L'étude est organisée en trois parties majeures: la synthèse de zéolithes micro/mesoporeux et leur application potentielle dans l'industrie pétrochimique, l'étude théorique de mécanismes réactionnels sur des zeolites microporeux, et le design de métaux mesoporeux avec une chiralité intrinsèque de leur surface interne. Ces matériaux poreux montrent des propriétés excellentes, notamment pour des applications potentielles en catalyse et comme interfaces chirales.
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Juvé, Vincent. "Spectroscopie linéaire et ultra-rapide de nanoparticules métalliques : de l’ensemble au nano-objet individuel." Thesis, Lyon 1, 2011. http://www.theses.fr/2011LYO10163/document.
Full textAbstract:
En passant de l’état massif à la nanoparticule les matériaux métalliques voient certaines de leurs caractéristiques modifiées de manière notable comme par exemple les propriétés optiques avec l’apparition d’une résonance dans le spectre optique, la Résonance Plasmon de Surface Localisée (RPSL) responsable du changement de couleur des nanoparticules métalliques. Les propriétés vibrationnelles et thermiques de nanoparticules métalliques ont été étudiées à l’aide d’une technique de Spectroscopie Femtoseconde. Nous avons montré qu’il était possible d’exciter et de détecter optiquement des fréquences de vibrations mécaniques dans le domaine térahertz pour des nanoparticules de platine composées de moins de cent atomes. D’autre part l’augmentation des effets dus aux interfaces a été mis en évidence sur les propriétés thermiques de nanoparticules d’or et d’argent. La résistance thermique à l’interface, résistance de Kapitza, voit son rôle augmenter lors du transfert thermique à l’échelle nanométrique. Une corrélation entre les valeurs mesurées et les impédances acoustiques des matériaux composants les interfaces a été mise en évidence. Nous avons aussi montré qu’elle augmente quand la température diminue de 300K à 70K. Les propriétés optiques de nanoparticules non sphériques ont été étudiées à l’aide de la Spectroscopie à Modulation Spatiale. Cette technique a permis de repérer puis de caractériser des nano-bâtonnets d’or individuels. Nous avons montré que la largeur spectrale de la RPSL est fortement dépendante de la géométrie des nanoparticules (diamètre et longueur). Cette double dépendance n’est pas prédite par les modèles classiques ou quantique existants<br>The size reduction of metals, from bulk to nanoparticles, induces significant modifications of their properties. For instance, the optical properties evolve and a new resonance, the localized surface plasmon resonance, appears in the optical spectrum and is responsible for the change of colors of metallic nanoparticles. This work is focused on studies of metals’ properties at the nanometric scale. In the first part, the vibrational and thermal properties are studied with a femtosecond spectroscopy technique. It is shown that it is possible to excite and detect optically vibrational frequencies in the terahertz domain by studying platinum nanoparticles formed by less than 100 atoms. The study of the thermal properties of the metallic nanoparticles (gold and silver) has shown that the boundary effect increases. This thermal boundary resistance, known as the Kapitza resistance, plays a dominant role in the heat transfer at the nanometric scale. A correlation between the experimental values of the thermal boundary resistance and the acoustic impedances of the boundary’s materials has been found. We have also shown that the Kapitza resistance is a decreasing function of the temperature in the 70-300K range. In the second part, the effect of the size reduction on the optical properties of non-spherical nanoparticles is observed. The Spatial Modulation Spectroscopy technique is used in order to locate and study individual gold nanorods. It is shown that the two geometrical parameters (the length and the diameter) of the nanorods influence the spectral linewidth of the localized surface plasmon resonance. This effect is not predicted by existing classical or quantum models
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Juvé, Vincent. "Spectroscopie linéaire et ultra-rapide de nanoparticules métalliques : de l'ensemble au nano-objet individuel." Phd thesis, Université Claude Bernard - Lyon I, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00957832.
Full textAbstract:
En passant de l'état massif à la nanoparticule les matériaux métalliques voient certaines de leurs caractéristiques modifiées de manière notable comme par exemple les propriétés optiques avec l'apparition d'une résonance dans le spectre optique, la Résonance Plasmon de Surface Localisée (RPSL) responsable du changement de couleur des nanoparticules métalliques. Les propriétés vibrationnelles et thermiques de nanoparticules métalliques ont été étudiées à l'aide d'une technique de Spectroscopie Femtoseconde. Nous avons montré qu'il était possible d'exciter et de détecter optiquement des fréquences de vibrations mécaniques dans le domaine térahertz pour des nanoparticules de platine composées de moins de cent atomes. D'autre part l'augmentation des effets dus aux interfaces a été mis en évidence sur les propriétés thermiques de nanoparticules d'or et d'argent. La résistance thermique à l'interface, résistance de Kapitza, voit son rôle augmenter lors du transfert thermique à l'échelle nanométrique. Une corrélation entre les valeurs mesurées et les impédances acoustiques des matériaux composants les interfaces a été mise en évidence. Nous avons aussi montré qu'elle augmente quand la température diminue de 300K à 70K. Les propriétés optiques de nanoparticules non sphériques ont été étudiées à l'aide de la Spectroscopie à Modulation Spatiale. Cette technique a permis de repérer puis de caractériser des nano-bâtonnets d'or individuels. Nous avons montré que la largeur spectrale de la RPSL est fortement dépendante de la géométrie des nanoparticules (diamètre et longueur). Cette double dépendance n'est pas prédite par les modèles classiques ou quantique existants
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Nowicki-Bringuier, Yoanna-Reine. "Nouvelles géométries de confinement optique pour le contrôle de l'émission spontanée de boîtes quantiques semi-conductrices." Phd thesis, Université Joseph Fourier (Grenoble), 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00369891.
Full textAbstract:
Ce travail de thèse porte sur l'étude par spectrophotométrie de phénomènes de couplage entre un émetteur photonique discret et une cavité optique dont les propriétés sont adaptées à l'émetteur. Nous nous sommes intéressés à l'interaction de boîtes quantiques semiconductrices InAs/GaAs avec des microcavités optiques dont la géométrie originale diffère selon les propriétés dont on veut tirer partie. Ainsi, nous partirons de la fabrication de ces systèmes par épitaxie par jets moléculaires, pour nous focaliser sur trois grands types de microcavités, dont nous décrirons à la fois les étapes de fabrication, mais aussi les études optiques réalisées par spectrophotométrie Infra-rouge. Ainsi, les microdisques reportés sur saphir par collage moléculaire ont montré un important potentiel pour la réalisation de microlasers, grâce à de très bonnes propriétés de dissipation thermique. Sur les micropiliers à miroirs de Bragg, nous avons expérimentalement montré pour la première fois la co-existence de modes de galerie et de modes de micropiliers, ainsi que la possibilité d'exploiter l'effet laser sur ces modes, ce qui ouvre de nouvelles perspectives en termes de systèmes photoniques. Nous avons également développé une technique originale et reproductible de métallisation à l'or des flancs et démontré son innocuité sur les propriétés optiques de ces modes, ce qui permet d'envisager son application à d'autres dispositifs. Enfin, nous terminons par la fabrication et l'étude de nano-fils photoniques à boîtes quantiques uniques, dont les capacités prometteuses permettent de conclure à une concurrence sérieuse vis-à-vis des micropiliers en tant que source de photon unique.
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Hory, Marie Anne. "Contribution à l'étude de la luminescence du silicium poreux : analyse infrarouge de la passivation de surface et effets de la polarisation électrique." Université Joseph Fourier (Grenoble), 1995. http://www.theses.fr/1995GRE10150.
Full textAbstract:
Les etudes presentees dans ce manuscrit portent sur la photo- (pl) et l'electro-luminescence (el) de couches de silicium poreux obtenu par attaque electrochimique de substrat de silicium monocristallin. La premiere partie presente les principales caracteristiques du materiau et la description de ses proprietes de luminescence accompagnee des differents modeles avances pour en expliquer les mecanismes, en s'attachant tout particulierement a celui du confinement quantique des porteurs dans les cristallites qui forment la couche poreuse, qui est le plus generalement retenu. La deuxieme partie decrit les differents montages experimentaux permettant la formation des couches poreuses et leurs caracterisations. Dans une troisieme partie, nous presentons les resultats obtenus lors de l'etude par spectroscopie infrarouge de l'influence des especes presentes en surface des cristallites de silicium sur la pl de la couche poreuse. Nous montrons que la desorption de l'hydrogene present en surface apres formation du materiau s'accompagne d'une diminution de l'intensite de pl. L'analyse de la composition chimique d'une couche poreuse oxydee electrochimiquement nous permet de mettre en evidence la conservation de la passivation par l'hydrogene au cours de ce traitement et de confirmer que l'augmentation du rendement quantique de l'emission associee a l'oxydation electrochimique peut etre attribuee a une meilleure localisation des porteurs photogeneres dans les cristallites. La quatrieme partie est consacree aux effets d'une polarisation electrique sur les phenomenes de luminescence. Ce travail a ete mene sur des couches nanoporeuses formees sur substrat de type n, polarisees par l'intermediaire d'un contact electrolytique. On observe une extinction selective, progressive (mais reversible) de la pl quand la polarisation cathodique est augmentee. Parallelement, l'el observee en presence d'une espece oxydante dans l'electrolyte subit un deplacement spectral vers le bleu. L'etude detaillee des differentes caracteristiques de ces deux phenomenes nous permet de montrer qu'ils resultent de l'injection selective des electrons depuis le substrat dans les cristallites de plus en plus confinees au fur et a mesure que la polarisation augmente. On verifie par ailleurs que ce caractere selectif disparait progressivement au cours de l'oxydation electrochimique de la couche poreuse. L'extinction de la pl et de l'el sous forte polarisation cathodique peut etre attribuee a la recombinaison non radiative des porteurs de charges par un mecanisme de type auger
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Bazin, Maela. "Contrôle de l'émission spontanée de boîtes quantiques semiconductrices insérées dans des micro-structures à confinement optique originales." Phd thesis, Université de Grenoble, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00592414.
Full textAbstract:
Ce travail de thèse aborde le contrôle de l'émission spontanée d'émetteurs, ici des boîtes quantiques d'InAs, confinées via des microstructures originales: des fils photoniques GaAs et des micropiliers à miroirs de Bragg GaAs/AlAs. Ainsi, nous présentons une source de photons uniques de très haute efficacité à fil photonique. Les mesures de corrélation réalisées sur une boîte quantique unique insérée dans un fil photonique a permis de montrer la génération très propre et large bande de photons uniques. C'est l'optimisation de cette géométrie incluant un miroir original au pied du fil et la présence d'une pointe de forme conique à son extrémité, qui a permis d'obtenir une efficacité record de 70%. De plus, l'étude systématique de temps de vie de boîtes quantiques uniques montre la possibilité d'observer avec cette géométrie une forte inhibition de l'émission dans les modes non-guidés. La dernière partie de ce manuscrit met en évidence l'effet laser dans des micropiliers à modes de galerie. Ces modes de galerie présentent un comportement relativement stable en longueurs d'ondes ainsi qu'un affinement spectral se maintenant jusqu'à sept fois le seuil laser. Ce résultat confirme une meilleure stabilité thermique des micropiliers par rapport à la géométrie habituellement utilisée pour observer les modes de galerie: les microdisques.
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Bazin, Maela. "Contrôle de l’émission spontanée de boîtes quantiques semiconductrices insérées dans des micro-structures à confinement optique originales." Grenoble, 2010. https://theses.hal.science/tel-00592414v1.
Full textAbstract:
Ce travail de thèse aborde le contrôle de l'émission spontanée d'émetteurs, ici des boîtes quantiques d'InAs, confinées via des microstructures originales: des fils photoniques GaAs et des micropiliers à miroirs de Bragg GaAs/AlAs. Ainsi, nous présentons une source de photons uniques de très haute efficacité à fil photonique. Les mesures de corrélation réalisées sur une boîte quantique unique insérée dans un fil photonique a permis de montrer la génération très propre et large bande de photons uniques. C'est l'optimisation de cette géométrie incluant un miroir original au pied du fil et la présence d'une pointe de forme conique à son extrémité, qui a permis d'obtenir une efficacité record de 70%. De plus, l'étude systématique de temps de vie de boîtes quantiques uniques montre la possibilité d'observer avec cette géométrie une forte inhibition de l'émission dans les modes non-guidés. La dernière partie de ce manuscrit met en évidence l'effet laser dans des micropiliers à modes de galerie. Ces modes de galerie présentent un comportement relativement stable en longueurs d'ondes ainsi qu'un affinement spectral se maintenant jusqu'à sept fois le seuil laser. Ce résultat confirme une meilleure stabilité thermique des micropiliers par rapport à la géométrie habituellement utilisée pour observer les modes de galerie: les microdisques<br>This study deals with the control of spontaneous emission, InAs quantum dot emitters, confined via original microstructures: GaAs photonic wires and micropillars with GaAs/AlAs Bragg mirrors. We present a higly efficient single-photon source based on a photonic wire. Correlation mesurements performed on a single quantum dot inserted in a photonic wire led to a pure and high broadband single-photon generation. The optimization of this geometry including an original mirror at the wire bottom and a taper at its top demonstrated a record efficiency of 70%. In addition, the systematic lifetime study of single quantum dots underlined the ability to observe a high inhibition of spontaneous emission in the leaky modes with this geometry. In the last part of this PhD Thesis, we show the laser effect in whispering gallery mode micropillars. Those modes have an almost stable behaviour in terms of wavelengh and a spectral narrowing maintained up to power corresponding to 7 times the laser threshold. This result confirms a better thermal stability of micropillars compared to microdisks, a geometry usually used to observe the whispering gallery modes
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Billat, Sophie. "Contribution à l'étude de l'électroluminescence du silicium poreux de type P fortement dopé." Université Joseph Fourier (Grenoble), 1994. http://www.theses.fr/1994GRE10141.
Full textAbstract:
Ce travail est consacre a l'etude de l'electroluminescence du silicium poreux de type p fortement dope qui accompagne l'oxydation electrochimique de ce materiau. Dans une premiere partie bibliographique, nous presentons les conditions et les mecanismes de formation du silicium poreux ainsi que les proprietes principales du materiau. Nous abordons ensuite les differents modeles invoques pour interpreter l'origine de la photoluminescence observee dans le domaine du visible. Nous presentons dans une seconde partie l'etude de l'electroluminescence du silicium poreux en relation avec la morphologie du materiau. Une analyse conjointe de l'electro- et de la photo-luminescence, menee lors d'une anodisation a courant constant, montre une variation d'intensite commune ainsi qu'un deplacement spectral en fonction du niveau d'oxydation de la couche. Ces differentes caracteristiques sont discutees et interpretees dans le cadre d'un modele simple reposant sur la notion de confinement quantique des porteurs dans les cristallites de silicium constituant la structure poreuse. Ce modele fait intervenir selectivite d'injection des porteurs dans les cristallites et effet de passivation du a la formation de l'oxyde. Une etude des phenomenes de luminescence lors d'une oxydation effectuee a potentiel controle a permis de separer les differents parametres qui determinent l'emission lumineuse. Elle montre notamment que l'energie des radiations emises est reliee de maniere lineaire a la tension appliquee. Dans une derniere partie, nous nous sommes interesses au caractere transitoire du signal d'electroluminescence. Nous avons montre que la chute de l'intensite lumineuse peut etre liee a une depassivation de la surface des cristallites
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Albe, Virginie. "Nanocristaux semiconducteurs : effets de confinement, de forme et de dopage." Montpellier 2, 1997. http://www.theses.fr/1997MON20064.
Full textAbstract:
Les nanocristaux ou cristallites sont des structures zero-dimensionnelles contenant quelques dizaines a plusieurs milliers d'atomes dont les tailles sont a l'echelle nanoscopique. La reduction de dimensionalite dans ces materiaux produit un confinement quantique tridimensionnel. Ce memoire presente l'etude des effets du confinement sur les proprietes electroniques et optiques des cristallites. La dependance des energies de l'etat fondamental et des spectres optiques en fonction de la taille, la forme, la structure de la surface et la dispersion de taille des nanocristaux est examinee. Une etude comparative de nos resultats avec ceux obtenus dans d'autres modeles (approximation de la masse effective, methode du pseudo-potentiel, modele des orbitales effectives) et avec l'experience a ete realisee. Ce travail a montre que l'approche des liaisons fortes permet une bonne description des energies de premiere transition et des spectres optiques en fonction de la taille des cristallites, de la molecule au cristal massif.