Inorganic surface passivation of PbS nanocrystals resulting in strong photoluminescent emission

Strong photoluminescent emission has been obtained from 3 nm PbS nanocrystals in aqueous colloidal solution, following treatment with CdS precursors. The observed emission can extend across the entire visible spectrum and usually includes a peak near 1.95 eV. We show that much of the visible emission results from absorption by higher-lying excited states above 3.0 eV with subsequent relaxation to and emission from states lying above the observed band-edge of the PbS nanocrystals. The fluorescent lifetimes for this emission are in the nanosecond regime, characteristic of exciton recombination.

Chiroptical and emissive properties of a calix[4]arene-containing chiral poly (P-phenylene ethynylene) with enantioselective recognition ability

Supramolecular chirality was achieved in solutions and thin films of a calixarene-containing chiral aryleneethynylene copolymer. The observed chiroptical activity, which is primarily allied with the formation of aggregates of high molecular weight polymer chains, is the result of a combination of intrachain and interchain effects. The former arises by the adoption of an induced helix-sense by the polymer main-chain while the latter comes from the exciton coupling of aromatic backbone transitions. The co-existence of bulky bis-calixKlarene units and chiral side-chains on the polymer skeleton prevents efficient pi-stacking of neighbouring chains, keeping the chiral assembly highly emissive. In contrast, for a model polymer lacking calixarene moieties, the chiroptical activity is dominated by strong interchain exciton couplings as a result of more favourable packing of polymer chains, leading to a marked decrease of photoluminescence in the aggregate state. The enantiomeric recognition abilities of both polymers towards (R)- and (S)-alpha-methylbenzylamine were examined. It was found that a significant enantiodiscrimination is exhibited by the calixarene-based polymer in the aggregate state.

Sherlock Holmes: from paper to the screen

Dissertação de Mestrado apresentado ao Instituto de Contabilidade e Administração do Porto para a obtenção do grau de Mestre em Tradução e Interpretação Especializadas, sob orientação da doutora Clara Sarmento Esta versão não contém as críticas e sugestões dos elementos do júri

Effect of surface plasmon resonance in TiO2/Au thin films on the fluorescence of self-assembled CdTe QDs structure

The exceptional properties of localised surface plasmons (LSPs), such as local field enhancement and confinement effects, resonant behavior, make them ideal candidates to control the emission of luminescent nanoparticles. In the present work, we investigated the LSP effect on the steady-state and time-resolved emission properties of quantum dots (QDs) by organizing the dots into self-assembled dendrite structures deposited on plasmonic nanostructures. Self-assembled structures consisting of water-soluble CdTe mono-size QDs, were developed on the surface of co-sputtered TiO2 thin films doped with Au nanoparticles (NPs) annealed at different temperatures. Their steady-state fluorescence properties were probed by scanning the spatially resolved emission spectra and the energy transfer processes were investigated by the fluorescence lifetime imaging (FLIM) microscopy. Our results indicate that a resonant coupling between excitons confined in QDs and LSPs in Au NPs located beneath the self-assembled structure indeed takes place and results in (i) a shift of the ground state luminescence towards higher energies and onset of emission from excited states in QDs, and (ii) a decrease of the ground state exciton lifetime (fluorescence quenching).

Electronic structure and optical signatures of semiconducting transition metal dichalcogenide nanosheets

CONSPECTUS: Two-dimensional (2D) crystals derived from transition metal dichalcogenides (TMDs) are intriguing materials that offer a unique platform to study fundamental physical phenomena as well as to explore development of novel devices. Semiconducting group 6 TMDs such as MoS2 and WSe2 are known for their large optical absorption coefficient and their potential for high efficiency photovoltaics and photodetectors. Monolayer sheets of these compounds are flexible, stretchable, and soft semiconductors with a direct band gap in contrast to their well-known bulk crystals that are rigid and hard indirect gap semiconductors. Recent intense research has been motivated by the distinct electrical, optical, and mechanical properties of these TMD crystals in the ultimate thickness regime. As a semiconductor with a band gap in the visible to near-IR frequencies, these 2D MX2 materials (M = Mo, W; X = S, Se) exhibit distinct excitonic absorption and emission features. In this Account, we discuss how optical spectroscopy of these materials allows investigation of their electronic properties and the relaxation dynamics of excitons. We first discuss the basic electronic structure of 2D TMDs highlighting the key features of the dispersion relation. With the help of theoretical calculations, we further discuss how photoluminescence energy of direct and indirect excitons provide a guide to understanding the evolution of the electronic structure as a function of the number of layers. We also highlight the behavior of the two competing conduction valleys and their role in the optical processes. Intercalation of group 6 TMDs by alkali metals results in the structural phase transformation with corresponding semiconductor-to-metal transition. Monolayer TMDs obtained by intercalation-assisted exfoliation retains the metastable metallic phase. Mild annealing, however, destabilizes the metastable phase and gradually restores the original semiconducting phase. Interestingly, the semiconducting 2H phase, metallic 1T phase, and a charge-density-wave-like 1T' phase can coexist within a single crystalline monolayer sheet. We further discuss the electronic properties of the restacked films of chemically exfoliated MoS2. Finally, we focus on the strong optical absorption and related exciton relaxation in monolayer and bilayer MX2. Monolayer MX2 absorbs as much as 30% of incident photons in the blue region of the visible light despite being atomically thin. This giant absorption is attributed to nesting of the conduction and valence bands, which leads to diversion of optical conductivity. We describe how the relaxation pathway of excitons depends strongly on the excitation energy. Excitation at the band nesting region is of unique significance because it leads to relaxation of electrons and holes with opposite momentum and spontaneous formation of indirect excitons.

Size-dependent recombination dynamics in ZnO nanowires.

A deep understanding of the recombination dynamics of ZnO nanowires NWs is a natural step for a precise design of on-demand nanostructures based on this material system. In this work we investigate the influence of finite-size on the recombination dynamics of the neutral bound exciton around 3.365 eV for ZnO NWs with different diameters. We demonstrate that the lifetime of this excitonic transition decreases with increasing the surface-to-volume ratio due to a surface induced recombination process. Furthermore, we have observed two broad transitions around 3.341 and 3.314 eV, which were identified as surface states by studying the dependence of their life time and intensitiy with the NWs dimensions.

Anisotropie de la photoluminescence dans des nanostructures organiques chirales autoassemblées

Nous investiguons dans ce travail la dynamique des excitons dans une couche mince d’agrégats H autoassemblés hélicoïdaux de molécules de sexithiophène. Le couplage intermoléculaire (J=100 meV) place ce matériau dans la catégorie des semi-conducteurs à couplage de type intermédiaire. Le désordre énergétique et la forte interaction électronsphonons causent une forte localisation des excitons. Les espèces initiales se ramifient en deux états distincts : un état d’excitons autopiégés (rendement de 95 %) et un état à transfert de charge (rendement de 5%). À température de la pièce (293K), les processus de sauts intermoléculaires sont activés et l’anisotropie de la fluorescence décroît rapidement à zéro en 5 ns. À basse température (14K), les processus de sauts sont gelés. Pour caractériser la dynamique de diffusion des espèces, une expérience d’anisotropie de fluorescence a été effectuée. Celle-ci consiste à mesurer la différence entre la photoluminescence polarisée parallèlement au laser excitateur et celle polarisée perpendiculairement, en fonction du temps. Cette mesure nous donne de l’information sur la dépolarisation des excitons, qui est directement reliée à leur diffusion dans la structure supramoléculaire. On mesure une anisotropie de 0,1 après 20 ns qui perdure jusqu’à 50ns. Les états à transfert de charge causent une remontée de l’anisotropie vers une valeur de 0,15 sur une plage temporelle allant de 50 ns jusqu’à 210 ns (période entre les impulsions laser). Ces résultats démontrent que la localisation des porteurs est très grande à 14K, et qu’elle est supérieure pour les espèces à transfert de charge. Un modèle numérique simple d’équations différentielles à temps de vie radiatif et de dépolarisation constants permet de reproduire les données expérimentales. Ce modèle a toutefois ses limitations, notamment en ce qui a trait aux mécanismes de dépolarisation des excitons.

Étude des mécanismes de capture et de fuite des excitons dans les boîtes quantiques d'InAs/InP

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Dynamique des photoexcitations de nanostructures supramoléculaires d'oligothiophènes

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Études des fuites excitoniques dans des familles de boîtes quantiques d'InAs/InP par PLRT par addition de fréquences

Ce mémoire porte sur les mécanismes de relaxation et de fuite des excitons dans des systèmes de boîtes quantiques(BQs) d’InAs/InP. Les systèmes sont composés d’un sub- strat volumique d’InP, appelé matrice (M), d’un puits quantique d’InAs, nommé couche de mouillage (CM), et des familles de BQs d’InAs. La distinction entre les familles est faite par le nombre de monocouche d’épaisseur des boîtes qui sont beaucoup plus larges que hautes. Une revue de littérature retrace les principaux mécanismes de relaxation et de fuite des excitons dans les systèmes. Ensuite, différents modèles portant sur la fuite thermique des excitons des BQs sont comparés. Les types de caractérisations déjà produites et les spécifications des croissances des échantillons sont présentés. L’approche adoptée pour ce mémoire a été de caractériser temporellement la dynamique des BQs avec des mesures d’absorbtion transitoire et de photoluminescence résolue en temps (PLRT) par addition de fréquences. L’expérience d’absorption transitoire n’a pas fait ressortir de résultats très probants, mais elle est expliquée en détails. Les mesures de PLRT ont permis de suivre en température le temps de vie effectif des excitons dans des familles de BQs. Ensuite, avec un modèle de bilan détaillé, qui a été bien explicité, il a été possible d’identifier le rôle de la M et de la CM dans la relaxation et la fuite des excitons dans les BQs. Les ajustements montrent plus précisément que la fuite de porteurs dans les BQs se fait sous la forme de paires d’électrons-trous corrélées.

Vers la fabrication d’échantillons permettant la condensation Bose-Einstein de polaritons excitoniques dans des cristaux d’anthracène en microcavités

Nous investiguons dans ce travail la création d'échantillons permettant l'étude du comportement des polaritons excitoniques dans les matériaux semi-conducteurs organiques. Le couplage fort entre les états excités d'électrons et des photons impose la création de nouveaux états propres dans le milieu. Ces nouveaux états, les polaritons, ont un comportement bosonique et sont donc capables de se condenser dans un état fortement dégénéré. Une occupation massive de l'état fondamental permet l'étude de comportements explicables uniquement par la mécanique quantique. La démonstration, au niveau macroscopique, d'effets quantiques promet d'éclairer notre compréhension de la matière condensée. De plus, la forte localisation des excitons dans les milieux organiques permet la condensation des polaritons excitoniques organiques à des températures beaucoup plus hautes que dans les semi-conducteurs inorganiques. À terme, les échantillons proposés dans ce travail pourraient donc servir à observer une phase cohérente macroscopique à des températures facilement atteignables en laboratoire. Les cavités proposées sont des résonateurs Fabry-Perot ultraminces dans lesquels est inséré un cristal unique d'anthracène. Des miroirs diélectriques sont fabriqués par une compagnie externe. Une couche d'or de 60 nanomètres est ensuite déposée sur leur surface. Les miroirs sont ensuite mis en contact, or contre or, et compressés par 2,6 tonnes de pression. Cette pression soude la cavité et laisse des espaces vides entre les lignes d'or. Une molécule organique, l'anthracène, est ensuite insérée par capillarité dans la cavité et y est cristallisée par la suite. Dans leur état actuel, les cavités présentent des défauts majeurs quant à la planarité des miroirs et à l'uniformité des cristaux. Un protocole détaillé est présenté et commenté dans ce travail. Nous y proposons aussi quelques pistes pour régler les problèmes courants de l'appareil.

Dynamique de séparation de charges à l'hétérojonction de semi-conducteurs organiques

Une compréhension profonde de la séparation de charge à l’hétérojonction de semi-con- ducteurs organiques est nécessaire pour le développement de diodes photovoltaïques organiques plus efficaces, ce qui serait une grande avancée pour répondre aux besoins mondiaux en énergie durable. L’objectif de cette thèse est de décrire les processus impliqués dans la séparation de charges à hétérojonctions de semi-conducteurs organiques, en prenant en exemple le cas particulier du PCDTBT: PCBM. Nous sondons les excitations d’interface à l’aide de méthodes spectroscopiques résolues en temps couvrant des échelles de temps de 100 femto- secondes à 1 milliseconde. Ces principales méthodes spectroscopiques sont la spectroscopie Raman stimulée femtoseconde, la fluorescence résolue en temps et l’absorption transitoire. Nos résultats montrent clairement que le transfert de charge du PCDTBT au PCBM a lieu avant que l’exciton ne soit relaxé et localisé, un fait expérimental irréconciliable avec la théorie de Marcus semi-classique. La paire de charges qui est créée se divise en deux catégories : les paires de polarons géminales non piégées et les paires profondément piégées. Les premiers se relaxent rapidement vers l’exciton à transfert de charge, qui se recombine radiativement avec une constante de temps de 1– 2 nanoseconde, alors que les seconds se relaxent sur de plus longues échelles de temps via l’effet tunnel. Notre modèle photophysique quantitatif démontre que 2 % de l’excitation créée ne peut jamais se dissocier en porteurs de charge libre, un chiffre qui est en accord avec les rendements élevés rapportés pour ce type de système.

Déterminants et inégalités d’utilisation des services obstétricaux essentiels dans les pays à revenu faible et intermédiaire

Introduction Chaque année, 289 000 femmes décèdent des complications reliées à la grossesse et à l’accouchement, et 2.9 millions de nouveau-nés décèdent avant d’atteindre 28 jours de vie. La quasi-totalité (99%) des décès maternels et néonataux ont cours dans les pays à revenu faible et intermédiaire (PRFI). L’utilisation des services obstétricaux essentiels, incluant l’assistance qualifiée à l’accouchement (AA) et les services postnataux, contribue largement à la réduction de la morbidité et de la mortalité maternelle et néonatale. Il est donc essentiel d’évaluer les déterminants et les inégalités de couverture de ces services, en vue d’informer l’élaboration de politiques et de programmes de santé dans les PRFI. Objectifs 1. Étudier systématiquement les déterminants et inégalités socioéconomiques, géographiques et démographiques dans l’utilisation des services de santé postnataux dans les PRFI. 2. Évaluer l’effet de la politique de subvention des frais aux usagers introduite au Burkina Faso en 2007 sur les taux d’utilisation de l’assistance qualifiée à l’accouchement, en fonction du statut socioéconomique (SSE). Méthodes 1. Nous avons réalisé une revue systématique sur l’utilisation des services postnataux dans les PRFI, en fonction des déterminants socioéconomiques, géographiques et démographiques. Notre étude incluait une méta-analyse de l’utilisation des services selon les quintiles de SSE et le milieu de vie (urbain vs. rural). 2. Nous avons utilisé un devis quasi-expérimental. Les sources de données consistaient en deux sondages représentatifs (n=1408 et n=1403), conduits respectivement en 2008 et 2010 auprès de femmes des districts sanitaires de Houndé et de Ziniaré au Burkina Faso, en plus d’une enquête sur la qualité structurelle des soins offerts dans les centres de santé primaire. Nous avons utilisé des modèles de régression de Poisson, multi-niveaux et segmentés, afin d’évaluer l’effet de la politique de subvention sur les taux d’AA. Nous avons estimé des ratios et différences de taux d’incidence ajustés, en fonction du SSE et du temps écoulé depuis l’introduction de la subvention. Résultats 1. Les estimés de ratio de cotes (RC) agrégés (IC 95%) pour les femmes de SSE élevé (5e quintile ou Q5), Q4, Q3 et Q2 (référence : quintile le plus pauvre, Q1) étaient respectivement : 2.27 (1.75 – 2.93); 1.60 (1.30-1.98); 1.32 (1.12-1.55); et 1.14 (0.96-1.34). La méta-analyse a aussi démontré un gradient d’utilisation des services postnataux entre les femmes urbaines et rurales : RC (IC 95%) = 1.36 (1.01-1.81). L’évaluation narrative a par ailleurs identifié une différence dans la couverture de services selon le niveau d’éducation. 2. Pour les femmes de faible SSE, le taux d’AA était 24% plus élevé (IC 95% : 4-46%) immédiatement après l’introduction de la subvention, en comparaison au taux attendu en l’absence de ladite subvention. L’ampleur de l’effet a diminué dans le temps, correspondant à des estimés (IC 95%) de 22% (3-45%) à 6 mois, 20% (1-43%) à 12 mois, et 17% (-4-42%) à 24 mois après l’introduction de la subvention. La force d’association variait selon les strates de SSE, l’effet le plus prononcé étant observé au sein du SSE le plus faible. Conclusions 1. L’utilisation des services postnataux demeure inéquitable selon le SSE et l’accessibilité géographique aux formations sanitaires dans les PRFI. 2. Notre étude suggère que l’introduction de la subvention des frais aux usagers au Burkina Faso résulte en une augmentation soutenue dans le taux d’assistance qualifiée à l’accouchement, particulièrement chez les femmes de faible SSE. Cette évidence scientifique devrait alimenter l’élaboration de programmes de santé materno-infantile, en plus de guider la planification de politiques et le renforcement des systèmes de santé des PRFI.

Spectral and nonlinear optical characterization of ZnO nanocomposites

The spectral and nonlinear optical characteristics of nano ZnO and its composites are investigated. The fluorescence behaviour of nano colloids of ZnO has been studied as a function of the excitation wavelength and there is a red shift in emission peak with excitation wavelength. Apart from the observation of the reported ultra violet and green emissions, our results reveal that additional blue emissions at 420 nm and 490 nm are developed with increasing particle size. Systematic studies on nano ZnO have indicated the presence of luminescence due to excitonic emissions when excited with 255 nm as well as significant contribution from surface defect states when excited with 325 nm. In the weak confinement regime, the third-order optical susceptibility χ(3) increases with increasing particle size (R) and annealing temperature (T) and a R2 and T2.5 dependence of χ(3) is obtained for nano ZnO. ZnO nanocolloids exhibit induced absorption whereas the self assembled films of ZnO exhibit saturable absorption due to saturation of linear absorption of ZnO defect states and electronic effects. ZnO nanocomposites exhibit negative nonlinear index of refraction which can be attributed to two photon absorption followed by weak free carrier absorption. The increase of the third-order nonlinearity in the composites can be attributed to the enhancement of exciton oscillator strength. The nonlinear response of ZnO nanocomposites is wavelength dependent and switching from induced absorption to saturable absorption has been observed at resonant wavelengths. Such a change-over is related to the interplay of plasmon/exciton band bleach and optical limiting mechanisms. This study is important in identifying the spectral range and the composition over which the nonlinear material acts as an optical limiter. ZnO based nanocomposites are potential materials for enhanced and tunable light emission and for the development of nonlinear optical devices with a relatively small optical limiting threshold.

Luminescence tuning and enhanced nonlinear optical properties of nanocomposites of ZnO–TiO2

In this article we present the spectral and nonlinear optical properties of ZnO–TiO2 nanocomposites prepared by colloidal chemical synthesis. Emission peaks of ZnO–TiO2 nanocomposites change from 340 nm to 385 nm almost in proportion to changes in Eg. The nanocomposites show self-defocusing nonlinearity and good nonlinear absorption behaviour. The nonlinear refractive index and the nonlinear absorption increase with increasing TiO2 volume fraction at 532 nm and can be attributed to the enhancement of exciton oscillator strength. ZnO–TiO2 is a potential nanocomposite material for the tunable light emission and for the development of nonlinear optical devices with a relatively small limiting threshold