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Luminescence résolue en temps

(mise à jour 18 janvier 2021)

Responsable
Florian MASSUYEAU

 


Principe :

Il repose sur l’étude de la luminescence d’un échantillon, et plus précisément sur l’évolution temporelle de son émission lumineuse suite à une photoexcitation brève.

Cela permet de suivre les états excités de la matière et contrairement à la luminescence stationnaire, permet d’observer les transitions radiatives comme non-radiatives. L’étude des déclins de luminescence permet de suivre la dynamique des espèces photogénérées : temps de vie, migration excitonique, compréhension des transferts d’énergie ou de charge, interaction de type bimoléculaire comme l’annihilation exciton-exciton.

Différentes méthodes permettent de résoudre temporellement un signal de luminescence. Ici, le montage utilise une caméra à balayage de fente qui permet d’obtenir de façon très simple des images en 3 dimensions (temporelle, spectrale et intensité de luminescence).

Tout type d’échantillon peut être étudié : solution, poudre, film mince, pierre.

Fig1
Image de photoluminescence ultra-courte d'un film mince de PPV dans la fenêtre temporelle de 1 ns (1000 ps). L'intensité de fluorescence est donnée sur une échelle de couleurs allant du bleu (minimum) au rouge (maximum). La caméra CCD enregistre un spectre d'environ 300 nm à l'aide d'un réseau à 150 l/mm. Excitation : 400 nm.
 

Equipements :

Le montage réalisé permet d’obtenir des cartographies dans le domaine UV-Vis (270 – 800 nm) et dans une gamme temporelle allant de 1 ns à 1 ms. Il permet également des mesures dans le proche infra-rouge non résolues temporellement (800-1700 nm). Il comprend le système d’excitation pulsée pour générer la photoluminescence transitoire et le système de détection pour collecter le signal de photoluminescence de l’échantillon.

Fig1
Montage de photoluminescence résolu en temps réalisé à l’IMN.

 

Fig2

Photo du montage réalisé à l’IMN.

 

- Partie excitation

    •  Laser 100 fs, 1 kHz, amplifié Hurricane X Spectra-Physics (impulsions de 100 fs à une cadence de 1kHz à 800nm pour une puissance nominale de 1W) ;
    • OPA et boitier SHG/THG Spectra-Physics.
       
       

- Partie détection

    • SDG II Spectra physics, générateur de délai utilisé pour la gamme 0.5 ns-100 ns ;
    • DG535 Stanford Research Systems, générérateur de délai utilisé pour la gamme 100 ns-1 ms ;
    • Spectromètre Acton Princeton Instrument SP 2360 ;
    • CCD NIR Princeton Instrument OMA V ;
    • Caméra à balayage de fente Hamamatsu C7700 (résolution optimale de 5 ps) couplée à une caméra CCD ORCA II (1344x1024 pixels) refroidie à -60°C.

Fig3

A gauche : Partie Excitation, à droite : partie détection.

 


Exemples :

Fig4

 Evolution du temps de vie de photoluminescence en fonction de la température de deux composés : (TDMP)PbBr4 et (BAPP)Pb2Br8
(Advanced Materials, 2019, 31,1807383).

 

 

Fig5

Emissions obtenues dans le matériau [C6H16N2]3[Cu4Br6][Cu2Br6].
(a) images obtenues à l’aide de la streak camera pour deux gammes temporelles différentes.
(b) et (c) déclins obtenus en intégrant sur les deux plages encadrées (rouge et verte), d’allure mono-exponentielle
(Scientific Reports, 2017, 7, 45537).

 

 

 Fig6

Différences de comportement temporel de l’émission de quantum dots de CdSe en solution ou sous forme de film mince
(Applied Physics Letters, 2010, 97, 153111).

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