Contrôle local du rendement radiatif d’un semi-conducteur 2D dans un microscope à effet tunnel
Résumé
Le contrôle électrique local du rendement radiatif d’un semi-conducteur bidimensionnel (2D) est un objectif longtemps recherché en optoélectronique, pour le développement d’une future technologie de nanodispositifs. Les précédentes tentatives d’un tel contrôle se sont heurtées à la difficulté de contrôler l’injection locale de porteurs de charge dans le semi-conducteur et visualiser simultanément comment la diffusion des excitons et leurs interactions avec les porteurs de charge modifient les propriétés d’émission du semi-conducteur [1,2]. Nous avons résolu ce problème en combinant microscopie à effet tunnel (STM) et microscopie de photoluminescence induite par laser en champ large (voir Fig. 1a) [3]. Le courant tunnel sous la pointe du STM sert à injecter localement des porteurs de charge (électrons ou trous) dans le semi-conducteur, ce qui crée des gradients de densité de porteurs de charge autour de la pointe, à l’échelle micrométrique. L’effet de ces gradients sur les propriétés d’émission (rendement quantique et distribution spectrale) est résolu spatialement en enregistrant une image en champ large de la photoluminescence au moyen du microscope optique (voir Figs. 1b et 1c). Avec cette nouvelle approche expérimentale, nous avons démontré la manipulation du rendement de photoluminescence excitonique dans une monocouche de disulfure de tungstène (WS2), grâce au contrôle du ratio entre les excitons neutres et chargés (trions) formés [3].
Ce travail a bénéficié de financements publiques venant de l’Agence Nationale de la Recherche (H2DH ANR-15-CE24-0016, Intelplan ANR-15-CE24-0020, M-Exc-ICO ANR-16-CE24-0003, et ATOEMS ANR-20-CE24-0010), du programme Investissements d’Avenir (Labex NIE ANR-11-LABX-0058-NIE, Labex NanoSaclay ANR-10-LABX-0035), du European Research Council (ERC, no. 771850) et de la Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP, contrats 18/08543-7, 20/12480-0, et 14/23399-9).
Références
[1] He, Z.; Han, Z.; Yuan, J.; Sinyukov, A. M.; Eleuch, H.; Niu, C.; Zhang, Z.; Lou, J.; Hu, J.; Voronine, D. V.; Scully, M. O. Science Advances 2019, 5, eaau8763
[2] Bonnet, N.; Lee, H. Y.; Shao, F.; Woo, S. Y.; Blazit, J.-D.; Watanabe, K.; Taniguchi, T.; Zobelli, A.; Stéphan, O.; Kociak, M.; Gradečak, S.; Tizei, L. H. G. Nano Letters 2021, 21, 10178
[3] Peña Román, R. J. ; Bretel, R. ; Pommier, D. ; Parra López, L. E. ; Lorchat, E. ; Boer-Duchemin, E. ; Dujardin, G. ; Borisov, A. G. ; Zagonel, L. F. ; Schull, G. ; Berciaud, S. ; Le Moal, E. Nano Letters 2022, 22, 9244