Conductivité des cristaux
 

Les cristaux :

Puisque Les Quantums Dot sont des nano cristaux, nous allons dans un premier temps définir les caractéristiques d’un cristal. Les atomes (et molécules) sont positionnés selon un ordre rigoureux.  Comme nous l’avons décrit précédemment, la liaison des atomes est assurée par la mise en commun des électrons « célibataires » pour former des liaisons de covalence. Cependant dans un cristal les propriétés physiques sont quelques peu différentes, ainsi il ne s’agit plus de « niveaux d’énergie », mais de bandes d’énergie, représentant les interactions des atomes. On distingue les bandes d’énergies « permises » ( électrons de coeur,  bande de valence, et bande de conduction)  séparées par une bande interdite (appelé Bandgap).
 

Figure2 : diagramme des bandes d’énergie d’un cristal.

Ainsi les électrons de cœur représentent la bande de plus basse énergie c’est à dire à l’état fondamental (couche K). Ils sont liés dans un atome du solide.La bande de valence, au dessus des électrons de cœur contient une énergie légèrement plus haute. Elle contient des électrons « célibataires » qui vont permettre les liaisons entre les atomes. La bande de conduction est caractéristique du niveau énergétique le plus haut. Ici, l’électron circule librement dans le solide. Enfin la bande interdite (bandgap) joue un rôle fondamental dans les propriétés physiques du cristal, permettant de distinguer les matériaux isolants, semi-conducteurs et conducteurs.

La conductivité

Les Quantum Dots étant des nano-cristaux semi conducteur nous nous intéresserons spécifiquement à leurs propriétés optiques. Ces  propriétés sont liées à leurs structures électroniques.

• Les isolants ont une bande interdite très grande, impossible d’apporter assez d’énergie pour qu’un électron de la bande de valence passe à la bande de conduction, aucun courant électrique ne circule, car il n'y a pas de charges mobiles.

• A l’inverse dans les conducteurs, la bande de valence et de conduction se chevauchent,  les électrons se déplacent librement dans l’atome.

• Un semi-conducteur est intermédiaire entre l’isolant et le conducteur. La hauteur du bandgap est intermédiaire, elle est donc franchissable par  l’électron.

                        figure 3 : Evolution de la bande interdite en fonction de la structure électronique des cristaux
 

 Les semi-conducteurs semblent  très intéressants.  Ainsi par  excitation lumineuse avec des photons d’énergie au moin égale ou supérieur à l’énergie du bandgap il est possible de réaliser le phénomène d ‘absorption du photon.  L’électron  passe de la bande de valence à la bande de conduction, créant un « trou » de charge positive dans la bande de valence et formant ainsi une paire « électron-trou ». 

Figure 4 : représentation de la paire électron-trou.
 

Les Quantums Dot sont d’un intérêt majeur dans la communauté scientifique, puisqu’ils se distinguent des différents fluorophores grâce à leurs possibilités de changer la valeur de l’énergie du bangdap en fonction de leur taille.