Propriétés optiques des couches minces de dichalcogénures de métaux de transition

L’etude intitulee « optical properties of thin layers of transition metal dichalcogenides » vise les phenomenes physiques emergeant a la limite de la bidimensionnalite, lorsque l’epaisseur du compose cible est a l’echelle atomique. Les effets de la dimensionnalite reduite sur les proprietes physiques furent initialement explores dans le graphene. Les etudes concernant ce compose se concentrent surtout sur ses proprietes de transport puisque le graphene lui-meme n’a pas bande interdite. Les sc-TMD, en plus de presenter une structure atomique et electronique similaire au graphene (vallee aux points K dans la zone de Brillouin), peuvent egalement etre produit sous forme de couche monoatomique. Ainsi, plusieurs etudes revelerent que ces composes en couche mince combinent des proprietes decoulant de leur caractere 2D en plus des caracteristiques typiques des semi-conducteurs. De plus, la dimensionnalite de ces composes joue un role important dans la structure electronique. Plus precisement, les sc-TMD presentent dans le regime tridimensionnel un gap indirect qui devient direct lorsque les composes sont sous la forme d’une monocouche. Cette these est une etude complete des proprietes optiques des composes sc-TMD. Le manuscrit en question est divise en cinq parties : trois sections principales precedees par une introduction. L’ensemble est complete par une annexe presentant des etudes complementaires sur un autre compose 2D : le nitrure de bore hexagonal (h-BN).Introduction :Les proprietes fondamentales des composes etudies sont presentees en mettant l’accent sur celles qui jouent un role important dans la reponse optique de sc-TMD. Plus precisement, on y retrouve des informations sur la structure cristalline et la structure de bandes electroniques. Cette section detaille egalement le processus de preparation des echantillons ainsi que les divers montages experimentaux utilises.Chapitre 1 : caracterisation optique de base des excitons en resonance dans les couches et les multicouches de sc-TMD.La reponse optique des composes (surtout le MoSe2 et le WSe2) obtenue par spectroscopie de reflexion et par spectroscopie d’emission est interpretee. En particulier, l’impact du nombre de monocouches et de la temperature sur celle-ci est discute. De plus, une etude complementaire de ces proprietes optiques resolue temporellement y est inseree.Chapitre 2 : Spectroscopie Zeeman des excitons resonants sous champ magnetique.L’evolution des resonances optiques en fonction d’un champ magnetique applique perpendiculairement aux couches est l’objet de cette section. Un modele phenomenologique decrivant la dependance en champs magnetique de l’energie des etats electroniques est derive directement des resultats experimentaux presentes dans cette section. L’effet de pompage optique est egalement etudie dans la monocouche de WSe2, effet qui est tres sensible aux champs magnetiques.Chapitre 3 : Emetteurs de photons uniques dans les couches minces de sc-TMD.La decouverte de raies d’emission fines et localisees sur de minces cristallites de sc-TMD est presentee, suivie d’une etude approfondie sur leur nature et leurs proprietes. Entre autres, leur evolution en fonction de la temperature, leur sensibilite aux champs magnetiques appliques et leur polarisation sont discutees. Finalement, la spectroscopie de correlation de photon est utilisee pour verifier le caractere « source de photon unique » de ces emetteurs.Annexe A : Emetteurs de photons uniques dans le nitrure de bore hexagonal.Le h-BN partage de nombreuses caracteristiques avec les sc-TMD tout en se distinguant de ceux-ci par la presence d’un gap electronique significativement plus grand. Certaines regions cristallines se comportent comme des defauts ponctuels, dans les materiaux caracterises par leur large gap, en presentant des raies d’emission fines. Ces regions partagent une similarite frappante avec les emetteurs de photons uniques observes dans le WSe2.