Nous avons synthétisé avec succès ces nano-composés (rGO/Arg-Ag NPs, rGO-Ni NPs and rGO-Co3O4NPs) et les avons caractérisés par de nombreuses techniques, XPS, SEM, TEM, FTIR, Raman, UV-Vis et TGA. Les analyses montrent que ces nano-composés à base de graphène ont des propriétés excellentes et une grande stabilité. Utilisés comme catalyseurs dans des applications environnementales, ils réduisent efficacement le 4-nitrophenol en 4-aminophenol ainsi que les colorants à forte adsorption et le chrome (VI) présents dans les eaux usées. / We successfully obtained these nanocomposites (rGO/Arg-Ag NPs, rGO-Ni NPs and rGO-Co3O4NPs).The resulting rGO-based nanocomposites were characterized by a variety of different techniques, including XPS, SEM, TEM, FTIR, Raman, UV-Vis and TGA. These analysis shows that these graphene-based nanocomposites have excellent properties and stability. The rGO-based nanocomposites, applied as a catalyst in environmental applications and shows good catalytic performance for reduction of 4nitrophenol to 4aminophenol and high adsorption dyes and Cr (VI) from wastewater.

Dans ce travail de thèse, de nouvelles méthodes de préparation d’interfaces recouvertes de nanoparticules d’or (Au NPs) et/ou d’oxyde de graphène réduit (rGO) ont été développées. La méthode de dépôt des nanoparticules d’or repose sur la technique dite « three phase junction » ou « jonction à trois phases ». Différentes conditions de dépôt par voltampérométrie et chronoampérométrie ont été utilisées pour optimiser la taille et la forme ainsi que la stabilité de ces nanostructures sur l’électrode. Les propriétés catalytiques des électrodes modifiées par les nanostructures métalliques ainsi obtenues ont été exploitées pour l’oxydation du glucose et la réduction d’oxygène. Ces interfaces ont montré une activité catalytique comparable à celle décrite dans la littérature pour d’autres électrodes. Ces interfaces ont été aussi investiguées comme substrats pour la spectroscopie SERS et pour la microscopie en fluorescence. La deuxième partie de la thèse a porté sur la mise au point d’une méthode simple pour la réduction et la fonctionnalisation de feuillets de GO. Deux molécules aromatiques (la dopamine et le tétrathiafulvalène, TTF) ont été utilisées pour la préparation de matériaux nanocomposites : rGO/dopamine et rGO/TTF. Les nanocomposites obtenus ont été caractérisées par différentes techniques d’analyse de surfaces et mesures électrochimiques. Les applications potentielles de ces nanocomposites ont été démontrées dans le domaine de capteurs et interrupteurs chimiques. Finalement, l’influence des Au NPs et/ou de rGO ainsi synthétisées sur les propriétés de fluorescence de biomolécules a été investiguée sur des interfaces modifiées par ces nanoobjets. / In this thesis, new methods for the preparation of interfaces covered with gold nanoparticles (AuNPs) and/or reduced graphene oxide (rGO) based materials are introduced. An electrode|aqueous electrolyte|gold precursor solution in toluene three-phase junction was applied for AuNPs electrodeposition. Nanoparticles obtained in various conditions, with cyclic voltammetry or chronoamperometry, were investigated to find optimal conditions for their electrodeposition. To characterize the properties of AuNPs deposited at the electrode surface, electrochemical, spectroscopic and microscopic methods were employed. These modified surfaces were applied as a new catalytic and bioelectrocatalytic material, as well as sensing platform for surface-enhanced Raman spectroscopy and fluorescence microscopy. This allowed to demonstrate some potential applications of AuNPs deposited at the three-phase junction. In the following part, a new and simple method for GO reduction and simultaneous functionalization was proposed. Selected aromatic molecules were employed as reducing agents in reactions carried out under mild conditions. To characterize the new composites, electrochemical, spectroscopic and microscopic techniques were used. These composites were also investigated as potential substrates for sensors and (electro)chemical switches. Finally, AuNPs and/or rGO were applied as new sensors in fluorescence microscopy. Using these materials separately and afterwards hybrid coatings containing both structures, allowed exploring interactions between them. This strategy was also applied to explore fluorescence properties of a selected biomolecule and the influence of both materials on it.

La croissance continue de la complexité des systèmes rend inévitable le développement de procédés technologiques pour lesquels différents types de matériaux sont intégrés de manière hétérogène dans le but de réaliser une palette de fonctionnalités, tout en miniaturisant la taille des dispositifs et en abaissant les coûts de fabrication. Cela est particulièrement vrai dans le domaine de la Photonique, pour laquelle ces impératifs peuvent être atteints selon les lignes résumées ci-après : -Miniaturisation photonique, dont la principale motivation réside dans la nécessité d’assurer un faible budget thermique, ainsi qu’une bonne compatibilité topologique avec les circuits microélectroniques, tout en bénéficiant du contrôle de l’interaction lumière-matière offert par les microstructures photoniques. - Intégration photonique hétérogène active/passive, combinant les matériaux actifs (émission de lumière, caractéristiques non-linéaires) les plus efficaces avec les matériaux passifs les mieux adaptés (conduction et confinement de la lumière), en vue de tirer le meilleur parti de chacun. Ce travail de thèse est consacré au développement de nouvelles approches destinées à satisfaire les impératifs évoqués précédemment, l’objectif étant la production de nouvelles classes de dispositifs photoniques associant les matériaux silicium et graphène, exploitant les caractéristiques non-linéaires uniques de ce dernier (absorption saturable ultrarapide et indépendante de la longueur d’onde) et les remarquables capacités du premier pour la fabrication de structures photoniques miniaturisées permettant un fort confinement de la lumière en utilisant les procédés de fabrication avancés et bas coût de la microélectronique silicium. Concernant la miniaturisation photonique, il est proposé de mettre en oeuvre une stratégie de confinement de type diffractif à base de structures périodiques à fort contraste d’indice pour le contrôle spatio-temporel de la trajectoire des photons. 3 Cette stratégie, au cœur des récents développements de la Micro-Nano-Photonique, est usuellement répertoriée sous la nomination de l’approche « Cristal Photonique ». Selon cette approche le matériau silicium a été utilisé en raison de ses remarquables caractéristiques photoniques : son indice optique élevé (autour de 3,5) en fait un excellent candidat pour la réalisation de cristaux photoniques ; cela s’est avéré particulièrement vrai dans la configuration dite membrane, dans laquelle un cristal photonique 1D est formé dans une couche mince de silicium sur isolant, en l’occurrence la silice (SOI). Il a été démontré, théoriquement et expérimentalement, que ces cristaux photoniques 1D peuvent se comporter comme des résonateurs, adressables par la surface verticalement, c’est-à-dire comme des réservoirs de photons où l’énergie électromagnétique peut être accumulée et stockée temporairement de manière à assurer un couplage efficace (absorption) au matériau graphène, moyennant un coût très réduit en termes de la puissance incidente (réduction théorique d’un facteur 25, facteur 7 réalisé expérimentalement). Le résonateur à base de cristal photonique 1D conçu et réalisé dans ce travail fournit également un « sous-produit » photonique très attractif : il se comporte comme un réflecteur compact très efficace, dont les caractéristiques spectrales peuvent être contrôlées à volonté. Un travail important à été consacré à la synthèse du graphène par méthode de dépôt en phase vapeur sur des substrats de nickel et de cuivre : une analyse détaillée de l’influence des paramètres de dépôt et des mécanismes de croissance a été réalisée. Il a été démontré que ces substrats peuvent être utilisés pour la production de une à quelques monocouches de graphène couvrant une surface d’environ 2cm2, de très haute qualité structurale, comme validé par spectroscopie Raman. [...] / No abstract

Les nanomatériaux à base de carbone ont suscité un intérêt considérable en raison de leurs applications potentielles dans divers domaines. Ces matériaux sont également considérés comme des matrices idéales pour le développement de capteurs/biocapteurs électrochimiques avec une grande sensibilité. Au cours de ce travail de thèse, on a utilisé des nanotubes de carbone alignés verticalement dopés à l'azote (VA-NCNT), des électrodes d’or modifiées avec des nanofibres de carbone/hydroxyde de cobalt (CNFs/Co(OH)2) par dépôt électrophorétique, ou avec des nanoparticules de cuivre /oxyde de graphène réduit (Cu NPs/rGO), ainsi que des électrodes de carbone vitreux modifiées avec des nanoparticules d'or/rGO (Au NPs/rGO), et évalué leurs caractéristiques électrochimiques pour la construction de capteurs/biocapteurs. La modification des électrodes de VA-NCNT avec des aptamères lysozyme a permis une détection sensible (du l’ordre du femtomolaire) de lysozyme dans le sérum. Cette méthode a été appliquée avec succès pour la détection de lysozyme chez des personnes atteintes de la maladie inflammatoire de l'intestin (IBD). Les électrodes d'or modifiés par rGO/Cu NPs et CNFs/Co(OH)2 ont montré un excellent comportement pour l’oxydation électro-catalytique du glucose. Ils ont été utilisés pour la détection non enzymatique du glucose dans des solutions tampons de façon sélective mais aussi pour la détermination du glucose dans le sérum humain. La détection non enzymatique du peroxyde d'hydrogène a également été réalisée sur des électrodes modifiés par rGO/Au NPs, ce dernier a été préparé en utilisant la tyrosine pour la réduction d'oxyde de graphène (GO) et le sel d’Au. / Carbon-based nanomaterials have attracted tremendous interest because of their potential applications in various fields. These materials are also considered ideal matrixes for the development of highly sensitive electrochemical based sensing platforms. In this thesis, vertically aligned nitrogen-doped carbon nanotube (VA-NCNT) electrodes, gold electrodes modified with cobalt hydroxide embedded carbon nanofibers (CNFs/Co(OH)2) through electrophoretic deposition, or copper nanoparticles loaded reduced graphene oxide (rGO/Cu NPs), as well as chemically formed gold nanoparticle decorated rGO (rGO/Au NPs) modified glassy carbon electrodes were developed, and their electrochemical and sensing capabilities were investigated. Modification of VA-NCNT electrodes with lysozyme aptamers resulted in a sensor with femtomolar sensitivity to lysozyme in serum and was successfully applied for the differentiation of healthy patients and inflammatory bowel disease (IBD) affected ones. rGO/Cu NPs and CNFs/Co(OH)2 coated gold electrodes showed excellent electro-catalytic oxidation behavior towards glucose and were employed as non-enzymatic glucose sensors for glucose determination in human serum. Non-enzymatic hydrogen peroxide detection was also achieved on rGO/Au NPs modified electrodes, where the matrix was formed using tyrosine as dual reductant of graphene oxide (GO) and Au salt.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles

Le graphène et ses dérivées ont suscité un grand intérêt au fil des années en raison de leurs propriétés physiques et chimiques exceptionnelles. Pour l'intégration du graphène dans des dispositifs électrochimiques, il est essentiel d'avoir une technique simple, reproductible et contrôlable afin de produire des feuillets de graphène de bonne qualité sur des grandes surfaces. Dans cette optique, l'utilisation d'oxyde de graphène réduit chimiquement (rGO) plutôt que le graphène produit par la technique CVD représente une alternative très prometteuse. Dans cette thèse, nous avons développé différentes approches simples, respectueuses de l'environnement, et contrôlables pour la réduction chimique de l'oxyde de graphène en rGO ainsi que la fonctionnalisation simultanée de la matrice de rGO formée par les agents de réduction utilisés. Les divers agents réducteurs utilisés sont : la tyrosine, l'acide 4-aminophénylboronique (APBA), la dopamine portant une fonction alcyne, et nanoparticules de diamant (ND). Les matrices de rGO ainsi préparées ont été caractérisées par différentes méthodes telles que : XPS, AFM, MEB, FTIR, Raman, UV/Vis et mesures électrochimiques. Les matrices de rGO, déposées sur des électrodes de carbone vitreux (GC), ont ensuite été utilisées pour des applications électrochimiques pour la détection du peroxyde d'hydrogène (en absence d’enzyme), du glucose, et de la L-dopa et carbidopa simultanément. Finalement, les nanocomposites de rGO/NDs ont été utilisés avec succès comme électrodes dans des supercondensateurs, et ont montré une capacité spécifique de 186 F g-1 et une excellente stabilité. / Graphene and its derivatives have attracted tremendous research interest over the years due to their exceptional physical and chemical properties. For the integration of graphene into electrochemical devices, it is essential to have a simple, reproducible and controllable technique to produce high quality graphene sheets on large surfaces. In this respect, the use of chemically derived reduced graphene oxide (rGO) rather than CVD graphene is a promising approach. In this thesis, we have developed simple, environmentally friendly, and controllable approaches for the chemical reduction of graphene oxide to rGO and the simultaneous functionalization of the resulting rGO matrix with the used reducing agents. These techniques are based on the use of tyrosine, 4-aminophenyl boronic acid (APBA), alkynyl-modified dopamine, and diamond nanoparticles (ND) as reducing agents. The robustness of the developed derivatization schemes was evaluated by the post-functionalization of alkynyl-dopamine/rGO with thiolated molecules via a photochemical “click” reaction.The resulting rGO matrices were characterized by a variety of different techniques, including XPS, AFM, SEM, FTIR, Raman, UV/Vis, and electrochemical measurements. The rGO matrices, deposited on glassy carbon (GC) electrodes, have been further used for electrochemical based applications for nonenzymatic detection of hydrogen peroxide, glucose, and simultaneously L-dopa and carbidopa. Furthermore, rGO/NDs nanocomposites have been successfully used as electrode in supercapacitors and exhibited a specific capacitance of 186 F g-1 and excellent long term stability.

De par ses propriétés physiques remarquables, le GaN est un matériau très attrayant pour la fabrication de composants photoniques. Sa synthèse est en revanche très complexe et reste un obstacle à son utilisation. L’hétéroépitaxie est, pour l’heure, la technique de synthèse la plus employée mais l’absence de substrats cristallins aux propriétés proches de celles du GaN conduit à l’élaboration de couches minces épitaxiées très défectueuses. Bien que les dispositifs à base de GaN soient d’ores et déjà fonctionnels, une augmentation de la qualité cristalline du matériau permettra une amélioration de leurs performances.L’épitaxie Van der Waals (VdW) est une alternative qui se différencie de l’épitaxie classique par la nature de l’interaction à l’interface entre substrat et matériau déposé. Cette dernière n’est alors plus régie par des forces fortes (liaisons covalente, ionique, etc) mais par des forces faibles, de type VdW. L’hétéroépitaxie VdW qui prône une interface de croissance compliante, apparait ainsi comme une méthode de synthèse alternative judicieuse pour l’amélioration de la qualité cristalline des couches épitaxiées. Ces travaux de thèse proposent d’explorer, en détail, la faisabilité de l’épitaxie VdW dans le cas particulier de la croissance de GaN sur graphène par EPVOM.L’utilisation d’un nouveau type de surface de très basse énergie pour supporter l’épitaxie du GaN nécessite le développement d’une nouvelle stratégie de croissance. Dans ce travail, un procédé en trois étapes a été mis en place pour la germination du GaN sur le graphène. Les cristaux microniques qui en résultent présentent une qualité cristalline remarquable, sont entièrement relaxés et adoptent une orientation cristallographique commune. Une relation d’épitaxie peut ainsi être mise en place à travers une interface faible qui est alors une interface d’épitaxie compliante. La faisabilité et les atouts de l’épitaxie VdW de GaN sur graphène sont donc démontrés expérimentalement. Plus précisément, nous avons démontré le rôle du substrat sous-jacent au graphène dans larelation d’épitaxie. Son caractère polaire, en particulier, semble indispensable pour qu’une relation d’épitaxie à distance puisse exister à travers le graphène.Cette étude exploratoire a à la fois permis d’illustrer tout le potentiel de l’épitaxie VdW de matériaux 3D sur 2D, d’en identifier certaines limites mais aussi de démontrer les possibilités liées à la création de nouvelles interfaces d’épitaxie 3D / 2D. / Due to its outstanding physical properties, GaN is a very attractive material to conceive photonic devices. However its synthesis is very complex and remains an obstacle to its use. For now, heteroepitaxy is the most used technique but the lack of crystalline substrates with properties close to those of GaN leads to the growth of highly defective epitaxial thin films. Although GaN based devices are already functional, an increase in the crystalline quality of the material will improve their performances.Van derWaals (VdW) epitaxy is an alternative that differs from classical epitaxy by the nature of the interaction at the interface between the substrate and the deposited material. The former is then no longer governed by strong forces (covalent bonds, ionic bonds, etc) but by weak forces of VdW type. VdW heteroepitaxy, which might allow a compliant growth interface, thus appears as a beneficial alternative to improve the cristalline quality of the epitaxial layers. This thesis proposes to explore in detail the feasability of the VdW epitaxy in the particular case of the growth of GaN on graphene by MOVPE.The use of a new type of surface with a very low surface energy, to support the GaN epitaxy requires the developpement of a new growth strategy. In this work, a three step process was set up for the nucleation of GaN on graphene. The resultant micronic GaN crystals exhibit high crystalline quality, being free of stress and having a unique cristallographic orientation. An epitaxial relationship can thus be implemented through a weak interface that turns out to be compliant. The feasibility of the VdW epitaxy as well as its advantages is demonstrated experimentally. Specifically, we have highlighted the role of the substrate underlying graphene in the epitaxial relationship - in particular its polar character seems required for a remote epitaxial relationship to exist through the graphene.This study allowed to highlight the full potential of the VdW epitaxy of 3D materials on 2D, to identify some limitations and also to demonstrate the possibilities opened by the formation of new 3D / 2D interfaces.

Cette thèse vise à étudier les propriétés électrochimiques de graphène et de MXenes utilisés en tant que matériaux d'électrodes pour supercondensateurs. La première partie concerne la synthèse du graphène et la préparation des films d'électrode. Après immersion dans un mélange contenant une concentration de 10wt% de mélange de liquides ionique ((PYP13)0.5(PYR14)0.5-TFSI) dans l'acétonitrile et séchage sous vide, un film de gel de graphène est obtenu, qui est ensuite caractérisé électrochimiquement dans l'électrolyte ((PYP13)0.5(PYR14)0.5-TFSI pur ; une capacité de 175F/g est alors obtenue. L'intérêt de cette méthode de synthèse est d'améliorer l'accessibilité de la surface du graphène en pré-intercalant entre les feuillets les liquides ioniques. L'utilisation de ce mélange eutectique de liquides ioniques (PYP13)0.5(PYR14)0.5-TFSI permet également d'augmenter considérablement la plage de température d'utilisation du système (de -40°C à 80°C), grâce à l'absence de solidification du mélange eutectique jsuque -60°C. Dans une deuxième partie, nous nous sommes intéressés à de nouveaux matériaux 2 Dimmensions, les MXènes, et plus particulièrement à la phase Ti3C2Tx. Des films de Ti3C2Tx. ont été préparés suivant le même protocole que précédemment, à la différence près que les feuillets de MXènes ont d'abord été pré-intercalés avec H2SO4. Les électrodes de Ti3C2Tx ainsi préparées montrent des capacités extrêmement élevées de 380 F/ g avec des capacités volumiques dépassant les 1500 F/cm3 dans l'électrolyte 3 M H2SO4. Ces performances surpassent tous les résultats rapportés pour les MXenes à ce jour ; ces capacités sont même comparables avec celles obtenues avec des matériaux pseudocapacitifs comme le RuO2. Pour terminer, les électrodes de Ti3C2Tx pré-intercalées avec du liquide ionique EMI-TFSI ont été étudiées dans l'électrolyte liquide ionique pur (EMI-TFSI). Des capacités atteignant 80 F/g ont tout d'abord été obtenues dans un domaine de potentiel de 3 V, ce qui constitue à ce jour les meilleurs résultats obtenus avec les MXenes en milieu liquide ionique pur. En plus de ces performances électrochimiques remarquables, le mécanisme de stockage des charges a également été étudié diffraction des RX in-situ. Les résultats ont montré que la distance entre deux feuillets de MXenes augmente lors de polarisations négatives du fait de l'effet stérique associé à l'insertion des cations EMI+. Différemment, la diminution de cette même distance inter-feuillets durant les polarisations positives a été attribuée à a) l'attraction électrostatique entre les anions TFSI intercalés et la surface Ti3C2Tx chargée positivement et/ou à b) l'effet stérique lors de la désinsertion des cations EMI+ présents. Cette thèse montre le potentiel prometteur de graphène et MXenes pré-intercalés avec des électrolytes de type liquides ioniques en tant que matériaux d'électrodes pour la réalisation de supercondensateurs de grande densité d'énergie fonctionnant en milieu aqueux ou organique. / This thesis aims at studying the electrochemical properties of graphene and MXenes materials used as electrode in supercapacitor applications. The first part starts with the graphene synthesis and electrode films preparation. After immersion in a solution of 10wt% ((PIP13)0.5(PYR14)0.5-TFSI) in acetonitrile electrolyte and vacuum drying, a graphene gel film was obtained and electrochemically characterized in (PIP13)0.5(PYR14)0.5-TFSI ionic liquid mixture electrolyte. The combination of high-voltage electrolyte with fully accessible, high surface area graphene film enables to achieve high gravimetric capacitance up to 175 F/g in neat ionic liquid electrolyte. A large operation temperature range from -40 to 80 oC was achieved thanks to the use of (PIP13)0.5(PYR14)0.5-TFSI ionic liquid eutectic mixture which does not show any phase change down to -60°C. In a second part, we processed 2-Dimmensional Ti3C2Tx MXene materials into gel film using a similar approach that we did for graphene. Ti3C2Tx shows extremely high capacitance of 380 F/g and 1500 F/cm3 in 3 M H2SO4 electrolyte, which i) surpass all the reported results for MXenes so far and ii) show at least similar performance than pseudocapacitive materials such as RuO2. Besides, Ti3C2Tx MXene gel films were also studied in neat ionic liquid electrolyte (EMI-TFSI). A capacitance of 80 F/g was achieved with good rate performance, which is today the best performance obtained in neat ionic liquid for these materials. More interestingly, the charge storage mechanism was further studied by in- situ XRD technique. This in-situ study has evidenced two different charge storage mechanism. During negative polarization, the interlayer spacing in MXene flakes increases due to steric effect during EMI+ cation insertion. Differently, the decrease in the interlayer spacing during positive polarization was ascribed to i) electrostatic attraction between the intercalated TFSI- anions and positively-charged Ti3C2Tx surface and/or ii) a steric effect of EMI+ cations de-intercalation. This thesis presents the promising potential for using Graphene and MXenes as electrode materials for supercapacitor, and shed lights on further development of these materials.

Par delà ses applications largement distribuées pour le stockage de l’information binaire, la spintronique vise le traitement Booléen de l’information. Des dispositifs de logique de spin (spin-FETs et portes logiques de spin) sont envisagés en se basant sur la propagation et la manipulation de porteurs polarisés en spin injectés dans un canal latéral depuis un contact magnétique. En dépit de deux décennies de recherche active, l’efficacité des dispositifs (notamment en termes de longueur de propagation du spin et d’amplitude du signal de spin) est toujours limitée quand le canal latéral est un métal ou un semi-conducteur conventionnel : la mise en évidence d’un medium adapté est nécessaire.Le transport dépendant du spin dans le graphène a été étudié dans le cadre de cette thèse. Dans un premier temps, l'impact et la structure de barrières tunnel de haute qualité déposées sur le graphène, nécessaires pour l'injection efficace de l'information de spin, ont été étudiés. A partir de ces résultats, des dispositifs complets d'injection, transport et détection de spin basés sur un feuillet de graphène épitaxié ainsi que sur une bicouche de graphène exfoliée ont alors été construits. Enfin, des mesures de transport du spin dans ces dispositifs ont été effectuées, puis analysées via les modèles classiques de drift/diffusion. Les forts signaux obtenus (gamme du MΩ), en validant l'existence d'un support capable de transporter le spin avec une très forte efficacité sur des distances macroscopiques (jusqu’à 200 µm), ouvrent la voie à une implémentation des concepts de traitement de l'information de spin. / Beyond its widely distributed applications for binary data storage, spintronics aims Boolean information processing. Spin logic devices (spin-FETs and spin logic gates) are envisioned through the propagation and the manipulation of a spin-polarized carriers injected into a lateral channel from a magnetic contact. In spite of two decades of active research, the devices efficiency (in particular in terms of spin propagation length and spin signal amplitude) is still limited when the lateral channel is made of conventional metals or semiconductors: a suitable host still lacks. Spin-dependant transport in graphene is investigated in this thesis. At first, the impact of the growth and on the structure of high quality tunnel barriers deposited on graphene, required to obtain an efficient injection of the spin information, has been studied. From these results, complete devices for spins injection, transport and detection based on an epitaxial graphene sheet and also on an exfoliated bilayer graphene flake were built. Finally, measurements of spin transport in these devices were carried, and then analyzed through classical drift/diffusion models. The strong signals obtained (MΩ range), by validating the existence of a substrate able to carry the spin information with a very large efficiency on macroscopic distances (up to 200 µm), open the way for the implementation of spin processing concepts.

Ce manuscrit présente une étude expérimentale sur les propriétés optiques des nanorubans de graphène (acronyme anglais : GNRs) et des boites quantiques de graphène (acronyme anglais : GQDs) synthétisés par la chimie ascendante.Pour la partie sur les GNRs, les spectres d'absorption et de photoluminescence ainsi que les mesures de la durée de vie sur la dispersion impliquent la formation d'états excimères résultant de l'agrégation des GNRs. Au moyen de la microscopie confocale et de la microscopie à force atomique, nous observons l'émission de petits agrégats de GNRs confirmant leur capacité à émettre de la lumière à l'état solide. D'autre part, les caractérisations optiques des GNRs synthétisés sur une surface d’or présentent des caractéristiques de Raman remarquables, impliquant les propriétés vibrationnelles spécifiques des GNRs par rapport au graphène et aux nanotubes de carbone. La PL observée est spectralement large avec une énergie plus élevée que celle de la bande interdite des GNRs. Cela pourrait être lié aux défauts créés lors de la préparation de l'échantillon.Pour la partie sur les GQDs, les résultats de spectroscopie optique indiquent que les GQDs sont individualisées en dispersion plutôt que sous la forme d’agrégats. Ensuite, grâce à la microphotoluminescence, nous abordons directement les propriétés intrinsèques des GQDs uniques. Des mesures de corrélation de photons de second ordre révèlent que les GQDs présentent une émission de photons uniques avec une grande pureté. De plus, l'émission de GQD présente une bonne photo-stabilité avec une brillance élevée. Comme premier exemple de l'accordabilité optique des GQDs via le contrôle de la structure, nous observons que l'émission de GQDs fonctionalisés avec des atomes de chlore est décalée de près de 100 nm tout en maintenant une émission de photons uniques. / This manuscript presents an experimental study on the optical properties of graphene nanoribbons (GNRs) and graphene quantum dots (GQDs) synthesized by bottom-up chemistry.For the part on GNRs, the optical absorption and photoluminescence spectra as well as the life-time measurements on the dispersion of solution-mediated synthesized GNRs implies the formation of excimer states as a result of aggregation of GNRs. By means of confocal fluorescence microscopy and atomic force microscopy, we observe the emission of small GNR aggregates confirming the ability of GNRs to emit light in the solid state. On the other hand, the optical characterizations of on-surface synthesized GNRs shows remarkable Raman features, implying the distinct vibrational properties of GNRs compared to graphene and carbon nanotubes. The observed PL is spectrally broad with higher energy instead of a bright bandgap emission, which might be related to the defects created during the sample preparation.For the part on GQDs, the optical spectroscopy results indicate that GQDs are individualized in dispersions rather than in the form of aggregates. Then by means of microphotoluminescence, we directly address the intrinsic properties of single GQDs. Second-order photon correlation measurements reveal that GQDs exhibit single-photon emission with a high purity. Notably, the emission of GQDs has good photo-stability with high brightness. As a first example of the optical tunability of GQDs through the control of their structure, we observe that the emission of single edge-chlorinated GQDs is redshifted by almost 100 nm while maintaining the single-photon emission.