Des chercheurs du LPS et du LPEM (ESPCI) ont étudié sur la ligne SWING l’auto-assemblage de nanoplaquettes semi-conductrices (CdSe et CdTe) en solution. Ces nanoparticules anisotropes ultra-fines possèdent des propriétés optiques exceptionnelles qui pourraient être exploitées dans des dispositifs opto-electroniques comme les LEDs ou pour la construction de cellules photo-voltaïques.
Lorsqu’on excite ces nanoparticules par de la lumière ultra-violette, elles réémettent une lumière parfaitement monochromatique dont la longueur d’onde dépend uniquement de leur épaisseur. En jouant sur les conditions de synthèse en solution il est possible d’obtenir des plaquettes dont l’épaisseur est contrôlée au plan atomique près.
Sur la ligne SWING ont été étudiés par diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS) deux types de plaquettes, dont l’épaisseur ne diffère que d’une fraction de nanomètre. Pourtant, ces plaquettes ont un comportement fort différent. Les plaquettes fines ont une extension latérale d’environ 100 nm et s’enroulent sur elles-mêmes pour former des tubes multi-parois. En jouant sur leur chimie de surface il est possible de les dérouler pour obtenir des plaques rectangulaires (réf1). Ces deux structures ont des signatures très différentes en SAXS (voir figure).
Les nanoplaquettes plus épaisses (réf 2,3) sont moins étendues latéralement et ont tendance à s’empiler les unes sur les autres pour former des supra-cristaux possédant un ordre colonnaire à longue distance. Cette auto-organisation se traduit des les diagrammes de diffusion par une série de pics de Bragg très marqués tandis que l’intensité diffusée décroit de façon monotone quand les plaquettes sont dispersées. Par ailleurs, les chercheurs ont montré que cet empilement avait d’importantes conséquences sur les propriétés optiques des nanoplaquettes. En effet, lorsque les plaquettes sont empilées, un photon émis par l’une est plus facilement réabsorbé par une plaquette voisine. Ainsi, l’empilement rend visible un second pic dans le spectre d’émission.
Ces expériences ont permis d’étudier la structure des plaquettes en solution et donnent une mesure d’ensemble moyennée sur un très grand nombre d’objets. En cela, elles sont parfaitement complémentaires de la microscopie électronique.
Références :
1. Bouet, C. et al. Two-Dimensional Growth of CdSe Nanocrystals, from Nanoplatelets to Nanosheets. Chem. Mater. 25, 639–645 (2013).
2. Tessier, M. D. et al. Phonon line emission revealed by self-assembly of colloidal nanoplatelets. ACS Nano 7, 3332–3340 (2013).
3. Pedetti, S. et al. Optimized Synthesis of CdTe Nanoplatelets and Photoresponse of CdTe Nanoplatelets Films. Chem. Mater. 25, 2455–2462 (2013).