Electronic transport in quantum confined systems
Transport électronique dans les systèmes quantiques confinés.
Résumé
With the advent of nanotechnology, a broad range of materials can be shaped with nanometer scale dimensions involving different methods, and the integration of nanostructures into electronic devices needs to characterize their electronic structure. Scanning tunnelling microscopy is a well appropriate technique for such purpose because it allows a precise positioning of the probe above the nanostructures and has the ability to resolve their electronic structure.
Through this work, we report on the electronic transport of two nanostructures: single wall carbon nanotubes deposited on a gold surface and single Si atoms on a silicon substrate.
In the first study, the weak coupling of the nanotube with the gold substrate give access to the one-dimensional density of states of nanotubes and allows the formation of point defects, with localized states in the band gap of the nanotubes. Such an atomic scale, reversible, modification of the nanotube wall opens up opportunities to tailor single wall carbon nanotube electronic properties at will.
The second study aims at characterizing the carrier dynamics of an isolated Si dangling bond state on a Si(111) surface, which is energetically decoupled from any other electronic states. Analysis of the transport reveals an inelastic current involving the non radiative recombination of electrons from the tip with holes captured by the dangling bond state, thanks to the emission of vibrations. By further scanning tunnelling spectroscopy experiments, we show that it is possible to characterize the trapping efficiency of a single quantum state, knowing its energy level, wave function, capture cross-section and electron-phonon coupling.
Through this work, we report on the electronic transport of two nanostructures: single wall carbon nanotubes deposited on a gold surface and single Si atoms on a silicon substrate.
In the first study, the weak coupling of the nanotube with the gold substrate give access to the one-dimensional density of states of nanotubes and allows the formation of point defects, with localized states in the band gap of the nanotubes. Such an atomic scale, reversible, modification of the nanotube wall opens up opportunities to tailor single wall carbon nanotube electronic properties at will.
The second study aims at characterizing the carrier dynamics of an isolated Si dangling bond state on a Si(111) surface, which is energetically decoupled from any other electronic states. Analysis of the transport reveals an inelastic current involving the non radiative recombination of electrons from the tip with holes captured by the dangling bond state, thanks to the emission of vibrations. By further scanning tunnelling spectroscopy experiments, we show that it is possible to characterize the trapping efficiency of a single quantum state, knowing its energy level, wave function, capture cross-section and electron-phonon coupling.
Depuis l'avènement des nanotechnologies, une grande quantité de matériaux sont façonnés à l'échelle du nanomètre par des techniques diverses et l'intégration de ces nanostructures demande une caractérisation de leur structure électronique. La microscopie à effet tunnel est adaptée à ces études car elle permet l'adressage de nanostructures uniques pour mesurer leur structure électronique.
Nous rapportons ici l'étude du transport électronique dans deux types de nanostructures: des nanotubes de carbone simple paroi déposés sur une surface d'or et des atomes uniques de silicium sur un substrat de silicium.
Dans la première étude, le couplage faible entre un nanotube et le substrat permet d'accéder à la densité d'états unidimensionnelle des nanotubes et autorise la formation de défauts ponctuels, ayant des états localisés dans la bande interdite des nanotubes. Cette modification, réversible, de la structure atomique des nanotubes de carbone amène des opportunités concernant la modification controlée et à volonté de leurs propriétés électroniques.
La deuxième étude vise à caractériser la dynamique des porteurs dans une liaison pendante de silicium énergétiquement isolée de tout autre état électronique sur une surface Si(111). L'analyse du transport révèle un courant inélastique mettant en oeuvre la recombinaison non radiative des électrons de la pointe avec des trous capturés par l'état de la liaison pendante, grâce à l'émission de vibrations. La spectroscopie à effet tunnel montre de plus que l'on peut caractériser l'efficacité de capture d'un état quantique unique, en connaissant son niveau d'énergie, sa fonction d'onde, sa section de capture et le couplage électron-phonon.
Nous rapportons ici l'étude du transport électronique dans deux types de nanostructures: des nanotubes de carbone simple paroi déposés sur une surface d'or et des atomes uniques de silicium sur un substrat de silicium.
Dans la première étude, le couplage faible entre un nanotube et le substrat permet d'accéder à la densité d'états unidimensionnelle des nanotubes et autorise la formation de défauts ponctuels, ayant des états localisés dans la bande interdite des nanotubes. Cette modification, réversible, de la structure atomique des nanotubes de carbone amène des opportunités concernant la modification controlée et à volonté de leurs propriétés électroniques.
La deuxième étude vise à caractériser la dynamique des porteurs dans une liaison pendante de silicium énergétiquement isolée de tout autre état électronique sur une surface Si(111). L'analyse du transport révèle un courant inélastique mettant en oeuvre la recombinaison non radiative des électrons de la pointe avec des trous capturés par l'état de la liaison pendante, grâce à l'émission de vibrations. La spectroscopie à effet tunnel montre de plus que l'on peut caractériser l'efficacité de capture d'un état quantique unique, en connaissant son niveau d'énergie, sa fonction d'onde, sa section de capture et le couplage électron-phonon.