Salle de Conférences du Laboratoire de Spectrométrie
Physique, Domaine Universitaire de Grenoble – Saint Martin d’Hères : voir http://www-lsp.ujf-grenoble.fr/ pour
accès.
Jury: Frédéric BOEUF (Ingénieur, STMicroelectronics)
Joël Chevrier (Professeur, Université de Grenoble)
Georges Brémond (Professeur, INSA Lyon)
Serge HUANT (DR CNRS, Grenoble) : Directeur de thèse
Khaled KARRAI (Professeur, Université de Munich) : Rapporteur
Pascal ROYER (Professeur,
Université de Troyes) : Rapporteur
Microscopie et spectroscopie
optique en champ proche de nanostructures semiconductrices A BASSE TEMPERATURE
La microscopie optique en champ proche permet, par sa grande résolution spatiale, d'isoler des nano-objets individuels. Il est ainsi possible de mener des études spectroscopiques très locales qui s'affranchissent de l'effet de moyenne sur un grand nombre d'individus imposé aux études en champ lointain et, donc, de comprendre les phénomènes physiques mis en jeu à l'échelle d'un nano-objet unique. La mise en œuvre d'un microscope optique en champ proche fonctionnant à des températures cryogéniques requiert des solutions technologiques adaptées. Celles-ci sont décrites en détail dans la première partie de ce travail, ainsi que l'optimisation des réglages nécessaires au fonctionnement à basse température. Les différentes potentialités de l'instrument sont ensuite montrées expérimentalement sur des boîtes quantiques semi-conductrices II-VI, dans le mode dynamique par la réalisation de cartographies de luminescence, et en mode statique par la spectroscopie d'une boîte quantique unique. Cette dernière révèle un comportement nouveau, attribué à un complexe multiexcitonique chargé, qui fait l'objet d'une discussion. Enfin, la possibilité d'adresser des boîtes quantiques par la propagation d'une onde de plasmon de surface dans un écran métallique déposé sur la structure semi-conductrice est démontrée expérimentalement.
LOW-TEMPERATURE
NEAR-FIELD OPTICAL MICROSCOPY AND SPECTROSCOPY OF SEMICONDUCTOR NANOSTRUTURES
Near-field
scanning optical microscopes (NSOM) are able to isolate single nano-objects
thanks to their high spatial resolution. It is then possible to carry out
spectroscopic studies that are free of the typical inhomogenous broadening
of far-field studies and, therefore, to probe physical phenomena over a
single nano-object scale. The realisation of a low-temperature near-field
microscope requires specific instrumentation. The instrumental choices made
here are detailed in the first part of this manuscript, together with the
specific adjustments imposed by the low temperature. In a second part, the
experimental capabilities of our instrument are demonstrated on II-VI
semiconductors quantum dots, first in a dynamic regime by mapping luminescence
cartographies of the sample surface, and subsequently in a static regime by
single quantum dot spectroscopy. The latter reveals a new spectroscopic feature
assigned to a charged multiexciton whose possible origin is discussed. Finally,
single quantum dot addressing via a propagating surface plasmon wave in a
metallic screen deposited on the sample surface is demonstrated experimentally.