Des boîtes quantiques plaquées or pour ne plus clignoter

En recouvrant des nanocristaux fluorescents de semiconducteurs avec une coque d’or, des physiciens ont supprimé le clignotement de ces émetteurs de lumière et les ont rendu résistants aux fortes sources d’énergie. Les nanocristaux de semiconducteurs, ou boîtes quantiques sont des nanoparticules fluorescentes dont la couleur est déterminée par la taille, ce qui les rend très attractifs pour l’imagerie, l’affichage ou l’éclairage.

Cependant, deux défauts limitent encore ces applications : elles clignotent, en basculant aléatoirement entre différents états plus ou moins lumineux, et elles photoblanchissent, en perdant de la luminosité lorsqu’elles sont soumises à une énergie incidente trop forte. Deux pistes ont toutefois récemment émergé pour réduire le clignotement : recouvrir les boîtes quantiques d’une coque d’un autre semi-conducteur ou les placer près de nanostructures d’or. En s’en inspirant, des physiciens du Laboratoire Charles Fabry – LCF (CNRS/IOGS/Univ. Paris-Sud) et une équipe du Laboratoire de Physique et d’Etude des Matériaux – LPEM (CNRS/ESPCI/UPMC) ont réalisé des boîtes quantiques enrobées d’une coquille d’or qui ne clignotent plus et qui ne photoblanchissent pas. Ce travail est publié dans la revue Nature Nanotechnology.

Pour réaliser ce travail, les physiciens ont tout d’abord synthétisé par voie colloïdale des boîtes quantiques de séléniure de cadmium de 3 nanomètres de rayon entourées d’une coque épaisse de 12 nanomètres de sulfure de cadmium. Ils ont ensuite entouré cette boîte quantique d’une couche de silice épaisse de 35 nanomètres déposée en solution par un procédé sol-gel. Ils ont enfin déposé des germes d’or sur la silice et ont fait grossir la couche formée par réduction de sels d’or jusqu’à une épaisseur de 20 nanomètres.

Les chercheurs ont choisi ces épaisseurs après des simulations numériquesvisant à maximiser le couplage entre la nanosphère et les plasmons de la couche d’or et ainsi raccourcir la durée de vie radiative de l’état excité. Ils ont ensuite mesuré la fluorescence d’une cinquantaine de nanosphères observées une à une au microscope. Ces mesures ont montré que ces nanoparticulesréémettent les photons qu’elles ont absorbés 6 fois plus vite que les boîtes quantiques non recouvertes. L’émission de lumière par ces boîtes quantiques se caractérise par une absence de fluctuation et une intensité très stable.

En savoir plus :

Non-blinking quantum dot with a plasmonic nanoshell resonator, B. Ji1, E. Giovanelli1, B. Habert2, P. Spinicelli1, M. Nasilowski1, X. Xu1, N. Lequeux1, J.-P. Hugonin2, F. Marquier2, J.-J. Greffet2 et B. Dubertret1, Nature Nanotechnology (2015)

Contact chercheur : 

Benoit Dubertret, directeur de recherche CNRS Jean-Jacques Greffet, professeur à l’Institut d’Optique Graduate School

Informations complémentaires : 

1 Laboratoire de physique et d’étude des matériaux (LPEM)
2 Laboratoire Charles Fabry (LCF)

http://www.cnrs.fr/inp/