Investigation of conduction band structure, electron scattering mechanisms and phase transitions in indium selenide by means of transport measurements under pressure

In this work we report on Hall effect, resistivity and thermopower measurements in n-type indium selenide at room temperature under either hydrostatic and quasi-hydrostatic pressure. Up to 40 kbar (= 4 GPa), the decrease of carrier concentration as the pressure increases is explained through the existence of a subsidiary minimum in the conduction band. This minimum shifts towards lower energies under pressure, with a pressure coefficient of about -105 meV/GPa, and its related impurity level traps electrons as it reaches the band gap and approaches the Fermi level. The pressure value at which the electron trapping starts is shown to depend on the electron concentration at ambient pressure and the dimensionality of the electron gas. At low pressures the electron mobility increases under pressure for both 3D and 2D electrons, the increase rate being higher for 2D electrons, which is shown to be coherent with previous scattering mechanisms models. The phase transition from the semiconductor layered phase to the metallic sodium cloride phase is observed as a drop in resistivity around 105 kbar, but above 40 kbar a sharp nonreversible increase of the carrier concentration is observed, which is attributed to the formation of donor defects as precursors of the phase transition.Comment: 18 pages, Latex, 10 postscript figure

Effet photovoltaïque dans des couches minces de phtalocyanines

We have elaborated photovoltaic cells using thin layers of phtalocyanines between two metallic contacts of gold and aluminium (Al/MPc/Au). These layers absorb strongly in the ultraviolet and the visible, absorption coefficients are in the range of 105 cm-1. The action spectra of these cells depends both on the illuminated side and on the layer thickness. We found that it is the Al/MPc contact which is active in the carriers generation mechanism and we have determined diffusion pairs length (∼ 2 × 10 -6 cm) and potential barrier width (∼ 10-6 cm). The analysis of the I-V characteristics shows that the energetic conversion efficiency is maximal for a layer thickness of about 2 000 A and is in the range of (10 -2-10-1 %) for magnesium phtalocyanine. The dependence of Voc (∼ 0.5 V) and Jsc on the light intensity gives a diode factor of about one. The C-V characteristics analysis allowed the determination of the space charge density and the diffusion potential (∼ 0.7 V), we have so evaluated the gap energy (∼ 2 eV) and the work functions (∼ 5 eV) for the different phtalocyanines compounds. Finally, transmission electron microscopy shows a chain type structures nearly parallels and equidistants which is favourable to doping impurities infiltration, as for iodine doping which gives more performant cells.Nous avons élaboré des cellules photovoltaiques utilisant des couches minces de phtalocyanines entre deux contacts métalliques en or et en aluminium (Al/MPc/Au). Ces couches absorbent fortement dans l'ultraviolet et le visible, les coefficients d'absorption étant de l'ordre de 105 cm-1. Le spectre d'action de ces cellules dépend à la fois du côté de l'éclairement et de l'épaisseur de la couche. Nous avons montré que c'est le contact Al/MPc qui est actif dans le mécanisme de création des porteurs, et nous avons déterminé les longueurs de diffusion des paires (∼ 2 × 10-6 cm) ainsi que la largeur de la barrière de potentiel (∼ 10-6 cm). L'analyse des caractéristiques I-V a montré que le rendement de conversion énergétique est maximal pour une épaisseur voisine de 2 000 A et est de l'ordre de 10-2-10 -1 % pour la phtalocyanine de magnésium. La variation de Vco (∼ 0,5 V) et de Jcc avec l'intensité de la lumière excitatrice a permis d'atteindre un facteur de diode voisin de l'unité. L'étude des caractéristiques C-V a permis de déterminer la densité de charge d'espace et le potentiel de diffusion (∼ 0,7 V), on a pu ainsi évaluer les largeurs de bandes interdites (∼ 2 eV) et les travaux d'extraction (∼ 5 eV) pour les différentes phtalocyanines. Enfin l'analyse par microscopie électronique de transmission a montré que les couches ont une structure en chaînes à peu près parallèles et équidistantes ce qui est propice à l'infiltration d'impuretés dopantes; ainsi un dopage à l'iode a été efficace et a permis l'amélioration des performances des cellules

La modulation par microonde des processus de paires d'excitons triplets dans les matériaux moléculaires : cas de fission dans les cristaux de tétracène

It is shown that the density matrix formalism of Johnson and Merriheld is not capable to predict simultaneously correct linewidths for the resonances of the fluorescence for static and microwave perturbed (RYDMR) magnetic field modulation of singlet fission into a triplet pair, in tetracene crystals. It appears thus that a more elaborate theoretical approach would be needed to concile both types of observations, for instance, by explicitly incorporating exciton dynamics.On montre que le formalisme de la matrice densité de Johnson-Merriheld appliqué à la fission des excitons triplets dans un cristal de tétracène ne permet pas de rendre compte simultanément de la largeur de raie pour deux types d'expériences : la résonance de la fluorescence pour un champ magnétique statique et la modulation de la fission par un champ magnétique perturbé par une micro-onde. Il apparaît alors qu'une théorie plus élaborée, incorporant explicitement la dynamique des excitons triplets, serait nécessaire pour concilier les deux types d'observations

Effet d'une microonde sur la fission des excitons singulets dans le tétracène cristallin

We présent a detailed experimental study of the modulation of fission singlet exciton processes by high power microwaves in crystalline tetracene. The observed effects indicate transitions between pair states of triplets produced by singlet exciton fission. The study of resonance positions and linewidth via their evolution with the direction of the static field, allows evaluation of the pair lifetime and of the triplet exciton ZFS tensor. The use of the kinetic scheme of Johnson-Merrifield perturbed only by the microwave field, predicts correct signs and the vanishing of the effect for certain field directions, but cannot account properly for the linewidths and peak heights. Other possible theoretical approaches are also briefly discussed.On présente une étude expérimentale détaillée de la modulation par une forte puissance microonde du processus de fission des excitons singulets dans le tétracène cristallin. Les effets observés mettent en évidence l'existence de transitions micro-ondes entre les états de spin des paires triplet-triplet produites par la fission des excitons singulets. L'étude des positions des raies de résonance, de leurs largeurs et de leurs évolutions en fonction de la direction du champ magnétique nous a permis d'évaluer la durée de vie de ces paires et d'atteindre le tenseur de structure fine des excitons triplets. L'utilisation du schéma cinétique de Johnson-Merrifield auquel est adjointe une perturbation micro-onde donne le sens de la variation de l'effet, prévoit sa disparition pour certaines directions du champ magnétique, mais ne rend pas compte des largeurs et des hauteurs des raies. D'autres approches théoriques possibles sont brièvement discutées

Saturation of the ODMR effect on singlet exciton induced emission in molecular crystals: Application to crystalline tetracene

We have studied the variation of the ODMR effect according to the intensity of a microwave field. We have highlighted a saturation effect of ODMR lines. This effect has been studied as part of the kinetic theory by developing the pilot equation while utilizing for the first time the formalism of a superoperator coupled with a time dependent sinusoidal perturbation. The agreement of the best fit between the experiment and the theory gives the mixing between singlet and quintuplet states, which seems to depend on the direction of the applied magnetic field

Analysis and optimisation of high-density photonic crystal devices in a subsystem by use of finite difference time domain

Finite-difference time-domain (FDTD) simulation is employed to study Y- and T-junction photonic crystal (PC) components which incorporate defects along the waveguides. In particular, such components designed in silicon with hexagonal lattices of air cylinders are studied, and the FDTD method is used to optimise key design parameters. It is shown that the defects can allow control over power-splitting ratios in these compact structures. Further, the coupling efficiency between the PC T-junction structures and single mode fibre is investigated. Finally, simulations of a PC Mach-Zehnder Interferometer are presented