D´ etection et acquisition

Le sch´ema de principe du dispositif de d´etection est montr´e en figure 2.4. En r´esum´e, le faisceau d’entr´ee passe `a travers un cube s´eparateur et les deux faisceaux sortants sont focalis´es sur des photodiodes `a avalanche (SPCM-AQR-13, Perkin-Elmer). Elles pr´esentent une r´esolution temporelle de 300 ps, et peuvent sans saturer compter jusqu’`a 20 millions de coups par seconde (ce qui correspond au temps mort de 50 ns durant lequel elles sont aveugles).

Le bruit propre des photodiodes est inf´erieur `a 250 coups noirs par seconde. S’y ajoutent les coups dˆus `a la lumi`ere parasite pr´esente dans la boˆıte noire contenant l’interf´erom`etre (∼ 100 coups/s).

L’efficacit´e de d´etection des photodiodes est d’environ 68 % autour de 620 nm. En tenant compte des pertes dues aux diff´erents ´el´ements optique (prisme de renvoi, filtres, cube s´eparateur), on obtient une efficacit´e de 8,5 %.

38 Chapitre 2. Les nanocristaux de CdSe/CdS

photodiodes

à avalanche

carte d'acquisition

Start Stop

Fig. 2.4: Ensemble du dispositif de d´etection situ´e apr`es le trou de filtrage du dispositif confocal. L’interf´erom`etre de Michelson a ´et´e utilis´e pendant la th`ese de Laurent Coolen pour des mesure de spectroscopie par corr´elations de photons. Pour les mesures pr´esent´ees dans ce manuscrit, ce montage est utilis´e uniquement en tant que montage d’Hanbury Brown et Twiss pour mesurer l’histogramme des d´elais entre les photons ´emis par un nanocristal individuel (voir r´ef´erence [Coolen06d]).

(Timeharp 200, PicoQuant), ´equip´ee d’un routeur (PRT400, PicoQuant) permettant de traiter des signaux de plusieurs photodiodes `a la fois. La carte dispose d’une entr´ee de synchronisation et d’une entr´ee start. Elle peut fonctionner de plusieurs fa¸con. En mode dit «thd » (pour TimeHarp default), elle d´etecte l’´ecart entre les signaux d´etect´es sur les deux voies. Elle dispose de 4096 canaux de dur´ee ajustable entre 36 et 1150 ps pour ´echantilloner le signal. Pour une r´esolution de 1,15 ns, on peut donc mesurer un ´ecart pouvant atteindre 4,7 µs. Dans ce mode, on peut mesurer la statistique temporelle des ´ecarts entre les photons et d´emontrer l’´emission de photons uniques.

En mode «t3r » (pour time-tagged time resolved), en plus de l’´ecart enregistr´e en mode «thd » , la carte enregistre pour chaque photon :

– la date absolue de sa d´etection (avec une pr´ecision de 100 ns), – son ´ecart avec un signal de synchronisation.

Dans ce cas, on utilise comme signal de synchronisation un signal d´elivr´e par l’ali-mentation de notre diode laser impulsionnelle.

2.3 Scintillement aux ´echelles de temps longues

(30 ms) : analyse `a la cam´era CCD

Lorsque l’on observe des nanocristaux de CdSe/ZnS au microscope et `a l’oeil nu, leur clignotement est parfaitement perceptible. Au contraire, dans les mˆemes

2.3. Scintillement aux ´echelles de temps longues (30 ms) : analyse `a la cam´era CCD39

conditions, les nouveaux nanocristaux de CdSe/CdS apparaissent comme des points lumineux d’intensit´e constante. Cette premi`ere impression est confirm´ee par l’analyse de la fluorescence des nanocristaux r´ealis´ee `a l’aide d’une cam´era CCD (Cascade 512B, Ropper scientifique) `a l’ESPCI et que nous pr´esentons maintenant.

épaisseur coquille croissante F ra ct io n d e n a n o cri st a u x b ri lla n ts Temps (s)

Fig. 2.5: ^{Pourcentage de nanocritaux qui n’ont pas scintill´e une seule fois en fonction du}

temps d’acquisition. La courbe en noir correspond aux nanocristaux `a la coquille la plus fine, la courbe en rouge `a la coquille la plus ´epaisse. La dur´ee de l’acquisition est de 70 s pour chaque type de nanocristaux, chaque zone comportant au moins 120 nanocritaux. Les conditions d’excitation sont identiques pour tous les ´echantillons.

Sous ´eclairement UV, on enregistre la fluorescence d’un ensemble de nanocris-taux. Pour d´efinir le seuil d’extinction d’un nanocristal, on proc`ede de la fa¸con suivante. `A partir du signal enregistr´e, on calcule la valeur moyenne de l’intensit´e de fluorescence de chaque nanocristal et son ´ecart type σ. On consid`ere qu’un na-nocristal est dans un ´etat ´eteint quand son intensit´e s’abaisse d’au moins 4× σ par

rapport `a la valeur moyenne.

La r´eduction du scintillement apparaˆıt tr`es nettement lorsqu’on l’observe la fluo-rescence des nanocristaux `a la cadence temporelle de 33 Hz (´equivalente `a 30 ms de temps d’exposition). Sur la figure 2.5, nous avons port´e pour un ensemble de nano-cristaux la fraction des ´emetteurs qui n’ont pas scintill´e pendant une dur´ee donn´ee. Les diff´erentes courbes correspondent `a des ´echantillons d’´epaisseur de coquille va-riable. Sur une dur´ee de 70 s, pour la coquille la plus ´epaisse, on constate que 68% des ´emetteurs ne s’´eteignent pas. Plus pr´ecisement, s’il ´existe des ´etats de faible ´

emission, ils ont une dur´ee caract´eristique beaucoup plus courte que 30 ms.

Si l’on fait varier le temps d’exposition de la cam´era, on remarque que la fraction d’´emetteurs qui n’ont pas clignot´e pendant une dur´ee donn´ee croˆıt avec le temps d’exposition. Sur la figure Fig 2.6, nous voyons qu’`a 30 ms de r´esolution, seulement 68% des nanocristaux ne s’´eteignent jamais. Cette fraction atteint quasiment 100% `a

40 Chapitre 2. Les nanocristaux de CdSe/CdS

1 s. Ces r´esultats sugg`erent que des p´eriodes d’extinction aux temps courts peuvent subsister. Elles peuvent ˆetre mises en ´evidence `a l’aide de photodiodes `a avalanche (voir section suivante 2.4).

Temps d’integration (ms) F ra ct io n d e n a n o cri st a u x

Fig. 2.6:^{Fraction des nanocristaux qui demeurent brillants pendant 5 minutes en fonction}

du temps d’int´egration utilis´e pour enregistrer les images `a la cam´era CCD. Les points correspondent aux donn´ees acquises sur un ensemble de 165 nanocristaux d´epos´es sur une lame de verre.