| Title: |
Coupling Ferroelectric to colloidal Nanocrystals as a Generic Strategy to Engineer the Carrier Density Landscape |
| Authors: |
Cavallo, Mariarosa; Bossavit, Erwan; Matzen, Sylvia; Maroutian, Thomas; Alchaar, Rodolphe; Dang, Tung Huu; Khalili, Adrien; Dabard, Corentin; Zhang, Huichen; Prado, Yoann; Abadie, Claire; Utterback, James; Dayen, Jean Francois; Silly, Mathieu; Dudin, Pavel; Avila, Jose; Lhuillier, Emmanuel; Pierucci, Debora |
| Contributors: |
Physico-chimie et dynamique des surfaces (INSP-E6); Institut des Nanosciences de Paris (INSP); Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS); Synchrotron SOLEIL (SSOLEIL); Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS); Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies (C2N); Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS); Laboratoire de Physique et d'Etude des Matériaux (UMR 8213) (LPEM); Ecole Superieure de Physique et de Chimie Industrielles de la Ville de Paris (ESPCI Paris); Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS); Nanostructures et optique (INSP-E4); Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS); Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg (IPCMS); Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Matériaux et Nanosciences Grand-Est (MNGE); Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut de Chimie - CNRS Chimie (INC-CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut de Chimie - CNRS Chimie (INC-CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Réseau nanophotonique et optique; Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS); Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS); ANR-19-CE24-0022,COPIN,Détecteur plasmonique à nanoCristaux colloïdaux: une nouvelle filière pour l'OPtoélectronique INfrarouge(2019); ANR-19-CE09-0017,FRONTAL,Nanocristaux Colloïdaux Dopés Infrarouges(2019); ANR-19-CE09-0026,GRaSkop,Tuning Giant Rashba Spin-Orbit Coupling in Polar Single Layer Transition Metal Dichalcogenides(2019); ANR-20-ASTR-0008,NITquantum,Design et fabrication d'un plan focal dans le proche infrarouge à base de nanocrisrtaux(2020); ANR-21-CE09-0029,MixDFerro,Heterostructures à dimensions mixtes sous contrôle ferroélectrique 2D(2021); ANR-21-CE24-0012,BRIGHT,Diode électroluminescente infrarouge brillante par exaltation du couplage lumière-matière(2021); ANR-22-CE09-0018,QuickTera,Nanocristaux de HgTe une nouvelle plateforme pour l'optoélectronique THz(2022); ANR-23-CE50-0025,Emap,Microscopie de photoemission comme sonde locale du profil d'énergie des cellules solaires(2023); ANR-22-CE09-0037,OperaTwist,Etude in operando de la modulation de propietes electroniques des hetero-bicouche twistées(2022); European Project: 101086358,ERC-2022-COG,ERC-2022-COG,AQDtive(2024); European Project: 756225,ERC-2017-STG,ERC-2017-STG,blackQD(2018) |
| Source: |
ISSN: 1616-301X. |
| Publisher Information: |
CCSD; Wiley |
| Publication Year: |
2023 |
| Subject Terms: |
pn junction; infrared; nanocrystals; ferroelectric; ferroelectric pn junction infrared nanocrystals; [PHYS.COND]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat] |
| Description: |
International audience ; The design of infrared nanocrystals-based (NCs) photodiodes faces a major challenge related to the identification of barriers with a well-suited band alignment or strategy to finely control the carrier density. Here, we explore a general complementary approach where the carrier density control is achieved by coupling a NC layer to a ferroelectric material. The up and down change in ferroelectric polarization directly impacts the NC electronic structure resulting in the formation of a lateral pn junction. This effect was uncovered directly using nano X-ray photoemission spectroscopy which shows a relative energy shift of 115 meV of the NC photoemission signal over the two different up-and down polarized ferroelectric regions, a shift as large as the open circuit value obtained in the diode stack. The performance of this pn junction reveals an enhanced responsivity and reduced noise that leads to a factor 40 increase in the detectivity value. |
| Document Type: |
article in journal/newspaper |
| Language: |
English |
| Relation: |
info:eu-repo/grantAgreement//101086358/EU/Toward active nanophotonic using colloidal quantum dots/AQDtive; info:eu-repo/grantAgreement//756225/EU/Optoelectronic of narrow band gap nanocrystals/blackQD |
| DOI: |
10.1002/adfm.202300846 |
| Availability: |
https://hal.science/hal-04097395; https://hal.science/hal-04097395v1/document; https://hal.science/hal-04097395v1/file/PZTv27.pdf; https://doi.org/10.1002/adfm.202300846 |
| Rights: |
http://creativecommons.org/licenses/by-nc/ ; info:eu-repo/semantics/OpenAccess |
| Accession Number: |
edsbas.6CE7C999 |
| Database: |
BASE |