Photoluminescence

Mais qu'est-ce que ce terme barbare?
  Elle est défini par l'émission de lumière d'un corps non chauffé pouvant être provoquée par des rayonnements divers.

Lorsque l'excitation de la molécule a été produite par une source lumineuse externe on parle de fluorescence. La fluorescence est une forme de photoluminescence.

Fluorescence:

Désormais nous savons donc qu’en modifiant la taille du QD il est possible de changer l’énergie de la bande interdite. Et ainsi modifier les longueurs d’absorptions, puisque plus l’énergie du bandgap est élevée plus la longueur d’onde d’absorption sera courte. Toutes ces propriétés nous amènent donc au phénomène de photoluminescence.

Ainsi théoriquement,  lors d’une excitation lumineuse, le Qd absorbe un photon et forme un exciton. L’électron ensuite se désexcite et tend à  retourner à son état fondamental  (bande de valence) par émission de photon fluorescent. Il s’agit en fait d’une recombinaison de la paire « électron-trou ».  D’après les données précédentes,  l’électron se désexcite en restituant la même énergie absorbée (énergie du bandgap) sous forme de photon fluorescent.
Cependant ce phénomène est quelque peu compromis.  Le spectre de photoluminescence présente une raie fine qui se déplace en fonction du diamètre du QD.  Celle-ci se décale de quelques nanomètres vers les grandes longueurs d’onde par rapport au pic excitonique dans le spectre d’absorption, appelé décalage de Stokes.
 

Figure 2 : Spectre d’absorption (ligne bleu) et de fluorescence(en rouge) typique de quantum dots. Le premier pic excitonique est indiqué par une flèche.  Ce graphique montre clairement le décalage de Stockes, le spectre fluorescent est décalé par rapport au pic excitonique vers les grandes longueurs d’ondes. 

 

Ce décalage est en fait dûe à la structure des niveaux énergétique des QDs.  Ainsi lors d’une excitation lumineuse, l’exciton absorbe un photon, il est dit excité. Cet état d’excitation est en fait  divisé en 5 sous niveaux vibrationnels.  Dans un premier temps l’électron se trouve dans le 5^ème sous-niveau,  «  état brillant », puis l’électron tend vers le troisième sous-niveau vibrationnels, le moins brillant « état noir ». Ici l’électron a déjà perdu quelque peu de son énergie.  Enfin il retombe à l’état fondamental pour émettre de la fluorescence.  Ce phénomène permet d’expliquer le décalage de longueur d’onde d’émission. Puisque l’énergie apportée par l'émission d'un photon fluorescence est moins élevée que celle de l’absorbance.
Ainsi le décalage entre le pic excitonique  (maximum d’absorption) et le pic d’émission permet la visualisation de plusieurs Qds  émettant à des longueurs d’ondes différentes.  Contrairement aux fluorochromes traditionnels où le spectre d’absorption recouvre parfois le spectre d’émission et empêche une claire vision.  

figure 3: spectre de fluorochrome traditionnel. Le spectre d'absorption recouvre très égèrement le spectre d'émission ,appelé " le spectral overlap ". On peut également voir le décalage de Stokes entre spectre d'absorption et d'émission.

Ces phénomènes nous amènent donc à la propriété suivante: Plus la taille de la particule est importante, plus l'énergie à apporter est relativement petite, la longueur d'onde émise se décale alors vers les infrarouges.