Etats et transitions excitoniques dans les points quantiques inhomogènes à base de InSb, HgS et GaSb.

Abstract

Le travail de ce mémoire est une investigation théorique sur l'effet de confinement de l'exciton, les états et les transitions excitoniques dans les points quantiques sphériques inhomogènes IQDs où le cœur est enveloppé par deux coquilles. La coquille interne est un semi- conducteur caractérisé par un petit gap alors que le coeur et la coquille externe constituent le même semi-conducteur caractérisé par un large gap. Il résulte alors un fort décalage de niveaux d’énergie créant un profond puit où les excitons sont localisés et fortement confinés. Ce confinement limite le couplage entre le puit et son environnement électrostatique. Les IQDs étudiées dans ce mémoire sont ZnSe/HgS/ZnSe; CdS/GaSb/CdS; ZnS/HgS/ZnS et CdS/InSb/CdS modélisés par un puit sphérique à potentiel de barrière infini. Dans cette étude nous avons calculé les états d'énergie excitoniques ns et np, les gaps effectifs et l'énergie de liaison excitonique de l'état fondamental 1se-1sh. Les différents calculs analytiques et numériques ont été effectués en adoptant respectivement la méthode de perturbation et celle de Ritz. Celle de Ritz a été utilisée en régimes de confinement fort, intermédiaire et faible et les résultats ont montré qu’en confinement fort les deux méthodes sont en accord. Il y a un double effet de confinement et un double contrôle optique. L'énergie de liaison excitonique de l'état fondamental augmente de manière significative, donnant ainsi aux excitons une plus grande stabilité à température ambiante. La méthode de perturbation montre que le degré élevé de confinement dans le puit conserve l'ordre des états 1se, 1pe, 2se ou 1sh, 1ph, 2sh, garantit les transitions excitoniques et isole l'état fondamental excitonique 1se-1sh avec un grand décalage entre 1pe et 2se (1ph et 2sh) qui peut dépasser 6eV. Ces résultats qualifient la nanostructure de nanosource monocolor et de système à deux niveaux. La méthode de Ritz permet de vérifier la limite asymptotique du semiconducteur massif. En effet lorsque l'épaisseur prend des valeurs importantes, l'énergie de liaison tend vers une limite égale au Rydberg R * qui n’est autre que l'énergie de liaison excitonique de l'état fondamental en massif. Les matériaux puits dans ces nanostructures deviennent luminescents sous double contrôle, cœur-puit, dans une large gamme spectrale allant du proche ultraviolet au proche et lointain infrarouge. Ces propriétés optiques ont enrichi le champ des IQDs qui possèdent généralement un grand rendement quantique et une forte photo-stabilité. Ils sont prometteurs dans plusieurs applications: l'éclairage, les LEDs, le laser QD, la détection, l'étiquetage biologique et l'informatique quantique.