Les techniques de photoluminescence et d’absorption/réflexion optique donnent accès à certaines propriétés du matériau, comme sa couleur ou sa fluorescence/phosphorescence. Elles peuvent permettre d’obtenir des informations sur les atomes ou les molécules en présence dans un matériau, ainsi que leurs concentrations.
La spectroscopie optique s’intéresse ainsi à l’interaction entre la lumière et la matière et permet d’étudier les transitions électroniques et vibroniques d’un matériau. Les techniques utilisées sont non destructives ; un faisceau lumineux (de l’UV au proche IR) est envoyé sur l’échantillon à analyser.
En absorption, une partie du faisceau lumineux envoyé est analysée suite à son absorption ou à sa réflexion par le matériau. Elle permet notamment des mesures colorimétriques, de largeur de bande interdite dans les semi-conducteurs et des dosages en solution.
En photoluminescence, suite à une excitation due à l’absorption d’une partie du faisceau, une émission lumineuse peut être observée à une autre longueur d’onde que celle du faisceau incident. Cette technique donne notamment des informations sur les dopants introduits dans une matrice, les excitons créés dans les semi-conducteurs, ou révèle la présence de certains atomes dans des échantillons naturels. L’étude des déclins obtenue par photoluminescence résolue en temps permet de suivre la dynamique des espèces photogénérées (temps de vie, migration excitonique, compréhension des transferts d’énergie ou de charge).
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Collaboration avec le Kyushu Institute of Technology à Kitakyushu (Japon) pour étudier la luminescence de matrices inorganiques dopées aux terres rares.
Exemple d’utilisation de l’absorption optique :
L’absorption optique permet de révéler l’augmentation de la largeur de la bande interdite dans des nanoparticules de semi-conducteurs lorsque leur diamètre diminue en raison du confinement quantique. On observe cet effet sur les figures ci-contre dans le cadre d’études sur les propriétés optiques de CdSe (à gauche, lire la publication) et de ZnO (à droite, lire la publication).
Exemple d’utilisation de la photoluminescence stationnaire :
Des matériaux hybrides à base de plomb halogéné, dont l’un présente un fort rendement quantique de photoluminescence de 45% ((TDMP)PbBr4), ont été synthétisés puis étudiés. L’application visée est l’éclairage car ils présentent tous deux une luminescence blanche. La figure ci-contre montre l’évolution de leurs spectres d’excitation et d’émission en fonction de la température.
À gauche : spectres d’excitation et d’émission du (TDMP)PbBr4.
À droite : évolution de l’intensité d’émission en fonction de la température.
Exemple d’utilisation de la photoluminescence résolue en temps :
On peut observer sur un matériau hybride à base de cuivre halogéné luminescent thermochrome (c’est-à-dire que la couleur de l’émission change avec la température) deux types de durée d’émission : une longue centrée à 620 nm (21 µs) et une courte centrée à 490 nm (0,28 µs).
Emissions obtenues dans le matériau [C6H16N2]3[Cu4Br6][Cu2Br6] :
(a) images obtenues à l’aide de la streak camera pour deux gammes temporelles différentes. (b) et (c) déclins obtenus en intégrant sur les deux plages encadrées (rouge et verte), d’allure mono-exponentielle.
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