Title: Advanced spectroscopic characterization of quantum dot ensembles Author: Michael Greben Department: Department of Chemical Physics and Optics Supervisor of the doctoral thesis: Prof. Jan Valenta, Ph.D. Abstract: Semiconductor quantum dots (QDs) are small crystallites whose sizes (of the order of nm) cause spatial confinement of carriers in all 3 dimensions. As result, QDs often reveal very different physical properties in comparison with their bulk counterparts. From the optical point of view, the broadening of bandgap with QD-size shrinking is particularly interesting. It is a purely quantum mechanical effect that results from quantum confinement (QC), i.e. dimensional limitations of excitons. A strong spatial confinement leads to a relaxation of momentum (Heisenberg uncertainty principle), consequently, larger overlap of the wave-functions of carriers results in significant increase of probability of radiative recombination. Therefore ensembles of QDs are promising candidates for new generations of photonic and photovoltaic devices. This PhD thesis is primary focused on detailed spectroscopic characterization of ensembles of direct (PbS) and indirect (Si) semiconductor QDs in both colloidal (toluene) and matrix-embedded (oxide or oxinitrides multilayers) forms. The oleic- acid capped PbS QDs were...

Les Jupiters Chauds représentent une classe d’exoplanètes très intéressante à étudier. En effet, ces planètes géantes gazeuses, orbitant très proches de leurs étoiles (typiquement 0.05 UA) reçoivent un ux UV 10 000 fois supérieur à ce que reçoit Jupiter par exemple dans notre Système Solaire. La temprérature atmosphérique, par conséquent très élevée, est comprise entre 1000 et 3000 K. Ces températures élevées, l'importance de la dynamique et la forte irradiation UV font des atmosphères de ces planètes le site d'une chimie unique, n'ayant pas d'équivalent dans le Système Solaire [...]. / Hot Jupiters are a class of exoplanets very interesting to study. Indeed, these giant planets, orbiting very close to their star (typically 0.05 AU), receive a UV ux 10 000 times more intense that the one Jupiter receives in our Solar system. The atmospheric temperature, thus very high, ranges between 1000 and 3000 K. Because of these high temperatures, the important dynamic and strong UV irradiation, the atmospheres of these planets are the site of unique chemistry, having no equivalent in the Solar System [...]

Au cours de ce travail de thèse à caractère expérimental, nous nous sommes attachés à mesurer les spectres absolus de section efficace d’absorption de nanotubes de carbone individuels placés dans différents environnements. Pour ce faire, nous avons développé un dispositif expérimental basé sur la technique de spectroscopie à modulation spatiale qui permet d’accéder de manière directe à la section efficace d’absorption de nano-objets individuels. Cette méthode ne requière aucun a priori sur les propriétés des nanotubes, et très important nous affranchit des effets d’ensemble. Ainsi, nous avons pu étudier les propriétés d’absorption de nanotubes individuels simple et double parois dans les environnements suivants : suspendus librement, agrégés en petit fagot, et déposés sur substrat. Plus précisément, l’évolution de l’absorption excitonique des nanotubes est analysée en fonction des paramètres structuraux (diamètre, nombre de parois, chiralité) et de l’environnement de ces derniers. Un autre aspect de cette thèse a pour objet l’analyse des propriétés de transport électronique des nanotubes de carbone soumis à des pressions hydrostatiques de gaz de l’ordre du gigapascal, avec la possibilité d’accéder au régime des basses températures. Ici, nous nous sommes concentrés sur l’étude de transistors à effet de champ composés de petits fagots de nanotubes de carbone contactés à leurs extrémités par des électrodes en palladium. Dans ce cadre, nous avons notamment réalisé la première observation de l’effet de blocage de Coulomb sous pression. Au final, ce travail de thèse a permis d’analyser les propriétés optiques et électroniques intrinsèques aux nanotubes de carbone et leur évolution sous l’effet de différents environnements (écrantage diélectrique, dopage chimique, contrainte mécanique et pression hydrostatique). Ce travail a pu être réalisé grâce au développement de nouvelles techniques permettant de sonder ces propriétés au niveau du nanotube individuel / In this dissertation, we report on the experimental investigation of the optical properties of single- and double-wall carbon nanotubes. Despite numerous studies performed using photoluminescence or Raman and Rayleigh scattering, knowledge of their optical response is still partial. In particular direct quantitative measurement of their absorption cross-section has not been achieved yet. Using spatial modulation spectroscopy we have determined, over a broad optical spectral range, the spectrum and amplitude of the absorption cross-section of identified individual single- and double-wall carbon nanotubes. These quantitative measurements permit the determination of the oscillator strength of the different excitonic resonances. Furthermore, investigation of the same nanotube, either a single-wall or double-wall nanotube, freestanding or deposited on a substrate shows large broadening with increase of oscillator strength of the excitonic resonances, as well as stark weakening of polarization dependent antenna effects, due to nanotube-substrate interaction. Similar study on nanotube bundles and double-wall nanotubes demonstrate the importance of inter-tube and inter-wall exciton coupling effects which seem to be of different nature in these two types of sample. The second part of this thesis studies electrical transport in carbon nanotube bundles under high pressure condition and low temperature. The behavior of nanotubebased field-effect transistors has been investigated, in the classical and Coulomb blockade regime, under gas-pressure up to 0.9 GPa. Overall, this dissertation communicates on the quantitative analysis of the absorption and electronic properties of carbon nanotubes and how they are influenced by various environmental effects such as dielectric screening, stress induced strain, hydrostatic pressure, or chemical doping. The novelty of this work is to address these issues at the single nanotube level