Description

Cette thèse vise à développer de nouveaux matériaux fluorescents à base de nanocomposites associant des dichalcogénures de métaux de transition (TMD) et du nitrure de bore hexagonal (hBN), en vue d’applications en émission lumineuse, notamment pour l’éclairage.

Les technologies actuelles reposent principalement sur des LED bleues couplées à des phosphores convertisseurs. Cependant, les matériaux les plus utilisés présentent un déficit d’émission dans le rouge ou reposent sur des éléments rares ou toxiques. Les monocouches de TMD (à base de molybdène ou de tungstène) constituent une alternative prometteuse : elles possèdent des rendements de fluorescence très élevés, une forte absorption lumineuse et ne contiennent pas de métaux lourds toxiques. Leur principal inconvénient est leur forte sensibilité à l’environnement local, qui affecte leur luminescence. L’encapsulation dans le hBN est aujourd’hui la stratégie la plus efficace pour stabiliser et améliorer leurs propriétés optiques.

L’objectif central de la thèse est de concevoir et d’optimiser des nanocomposites fluorescents en assemblant des nanomonocouches de TMD synthétisées par voie colloïdale avec des feuillets de hBN exfoliés en phase liquide. Le travail portera d’abord sur le développement de méthodes reproductibles et transposables à plus grande échelle pour la synthèse des TMD et l’exfoliation du hBN. Les procédés d’assemblage seront ensuite optimisés afin d’obtenir des composites homogènes et stables. Des traitements thermiques contrôlés permettront d’éliminer les résidus organiques, d’induire d’éventuelles transitions de phase et d’améliorer les interfaces entre les matériaux.

Une caractérisation structurale et optique approfondie sera menée pour établir des relations structure–propriétés. Des techniques avancées (microscopies électroniques, diffraction des rayons X, spectroscopie de luminescence) permettront de corréler la morphologie, la qualité cristalline et les performances d’émission. Une attention particulière sera portée à l’étude à l’échelle nanométrique par microscopie confocale, notamment pour identifier et analyser des émetteurs à photon unique (SPE). L’influence de l’encapsulation, des défauts et des contraintes locales sur la formation, la stabilité et l’efficacité quantique de ces émetteurs sera étudiée, avec l’objectif d’optimiser leur densité et leurs propriétés pour des applications en optoélectronique quantique.

Enfin, le projet explorera l’intégration de ces nanocomposites dans des dispositifs prototypes d’éclairage afin d’évaluer leur stabilité, leur efficacité et leur potentiel de mise à l’échelle pour des applications industrielles.

La thèse se déroulera entre le Laboratoire des Multimatériaux et Interfaces (LMI) et l’Institut Lumière Matière (ILM), dans un environnement interdisciplinaire réunissant expertise en matériaux 2D, optoélectronique et microscopie avancée. Elle s’adresse à un(e) candidat(e) issu(e) d’un master en chimie, science des matériaux ou nanotechnologies, motivé(e) par la recherche interdisciplinaire et la synthèse ainsi que la caractérisation de nanomatériaux.

Compétences requises

Master en chimie, science des matériaux, nanotechnologies ou domaine connexe. Formation en synthèse et caractérisation de nanomatériaux. Étudiant(e) attiré(e) par l’interdisciplinarité, très motivé(e), curieux(se), capable de travailler de manière autonome tout en s’intégrant dans un travail collaboratif. Une connaissance des matériaux bidimensionnels et de leurs applications constitue un atout.

Bibliographie

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Mots clés

Matériaux 2D, Luminescence, Synthèse, Propriétés optiques