Multidimensional scanning probe microscopy applications for optoelectronic charge carrier characterizations of metal oxides

Résumé

La caractérisation et l'optimisation des porteurs de charge (par exemple, électrons, trous, ions, lacunes, etc.) dans des systèmes échantillons liés aux énergies renouvelables (en particulier les oxydes métalliques, c’est-à-dire les MOs) dépendent fortement de techniques de mesure adaptées à la bonne échelle physique (c’est-à-dire une résolution temporelle submicroseconde et une résolution spatiale à l’échelle nanométrique) ainsi que de méthodologies appropriées. Des techniques avancées de microscopie à sonde de balayage (SPM), telles que la microscopie à force atomique résolue en temps (tr-AFM) et ses variantes uniques/personnalisées, sont utilisées pour révéler les tendances de migration et les caractéristiques de ces porteurs en fonction de diverses conditions. Dans ce travail, des configurations AFM personnalisées et des techniques de mesure spécifiques sont utilisées pour révéler quantitativement les propriétés électroniques des oxydes métalliques, telles que les différences de potentiel de contact (CPD), la dynamique des porteurs de charge, etc., dans le but d’optimiser la durée de vie des systèmes à base de MOs. En particulier, les propriétés de migration des porteurs de charge dans les oxydes métalliques (par exemple, TiO₂) en lien avec leurs tendances photocatalytiques, via des activités d’ingénierie des défauts et des caractérisations de surface, jouent un rôle crucial dans ces systèmes. Les propriétés des systèmes échantillons sont examinées sous plusieurs dimensions, où la température, l’emplacement et le temps constituent les axes principaux. Les lacunes d’oxygène induites par la lumière (PI-SOVs) créées par irradiation UV de surface jouent un rôle clé dans la modification de la dynamique des porteurs de charge dans les systèmes à base de MOs. En outre, les stimuli externes (par exemple, irradiation UV, impulsions de tension, etc.), les agents de surface (par exemple, le méthanol) et les interfaces diverses (par exemple, Au-TiO₂) ont été étudiés en détail afin d’approfondir l’analyse des caractéristiques clés de la dynamique des porteurs de charge telles que la mobilité, les constantes de temps, les énergies d’activation, les barrières de migration, ainsi que les dépendances spatiales et/ou historiques.

Date	17 juin 2025
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Omur Dagdeviren (Directeur(-trice))