SyMMES (Grenoble)

Plateforme de spectroscopie RPE rapid scan couplée à un laser pour l’étude des phénomènes de conversion de l’énergie lumineuse

Contact

Systèmes Moléculaires et nanoMatériaux pour l’Énergie et la Santé

17 rue des Martyrs
38054 Grenoble

Cette plate-forme est dédiée à l’étude des espèces paramagnétiques impliquées dans les processus de conversion de l’énergie lumineuse (Photovoltaïque, photocatalyse…). Ces espèces paramagnétiques peuvent être des défauts dans les matériaux utilisés et qui perturbent le bon déroulement de la réaction. Par exemple, dans dispositifs à base de semi-conducteurs pour le photovoltaïque, les défauts sont des centres de recombinaison électrons-trous et ils abaissent donc l’efficacité du processus photovoltaïque. La compréhension de ces défauts dans des nouveaux matériaux semi-conducteurs est donc extrêmement importante pour optimiser au mieux leur rendement quantique. La (RPE + Rapid Scan) couplée à des sources de lumières pulsées permet dans les systèmes photovoltaïques ou photocatalytiques d’étudier des espèces déjà présentes ou photo-générées de manière très sensible. Outre la concentration et la nature de ces défauts, la plateforme permettra une étude aisée de la cinétique de relaxation. Enfin, la facilité d’utilisation du Rapid Scan pour obtenir des données cinétiques permet d’envisager aussi d’autres types de couplages. Par exemple, nous développerons une approche de « mélange rapide » à partir d’un dispositif de microfluidique : deux solutions réactives seront efficacement mélangées en un temps très bref dans la cavité RPE et les espèces paramagnétiques transitoires générées seront étudiées. 

Équipements ouverts à l’accueil dans le cadre d’ULTRAFAST-LUMA


spectromètre impulsionnel Bruker ElexSys 580

Il peut opérer à deux fréquences : bande X (10 GHz) et bande Q (35 GHz). Il possède comme accessoires une ENDOR impulsionnelle en bande X et bande Q, un accessoire d’ELDOR en bande X et bande Q et un AWG (Arbitrary Waveform Generator) opérant aussi à ces deux fréquences. Plus de 8 cavités RPE (loop gap, diélectriques…) complètent l’ensemble. Ce spectromètre et ses accessoires peuvent opérer dans une plage de température allant de la température ambiante à 2 K (Hélium pompé). Ce spectromètre est couplé à un ensemble laser Yag nanoseconde + OPO + fibre optique susceptible de fournir une impulsion de 5 ns dans une plage de longueur d’onde continue entre 410 nm et 700 nm. Un autre laser Yag (+ doubleur, tripleur et quadrupleur) peut être aussi couplé à cette expérience si nécessaire. Cet ensemble fait partie de l’IR Infranalytics et est ouvert à la communauté pour une durée d’environ 70 jours annuels. Le spectromètre a été acheté 2004 (bande X), puis complété en 2006 (ELDOR) et en 2014 (bande Q) avant de faire l’objet d’une jouvence et d’une mise à jour (AWG) en 2018.


Dispositif de Rapid Scan

Il est à noter qu’un dispositif de Rapid Scan est le complément idéal de la RPE impulsionnelle résolue en temps qui utilise l’effet CIDEP pour augmenter la sensibilité et obtenir des informations mécanistiques. Le système Rapid Scan permettra d’étudier des cinétiques intermédiaires (de l’ordre de 100 µs à la seconde) de manière optimisée. Nous serons ainsi en mesure d’étudier la cinétique des systèmes sur une très large plage temporelle.L’accessoire Rapid Scan permet un gain en sensibilité et fourni une cinétique spectrale complète avec une résolution de temps très élevée. Elle est compatible avec des expériences en température variable (de la TA jusqu’à 4 K). Ce dispositif permettra d’étudier des cinétiques intermédiaires (de l’ordre de 100 µs à la seconde) de manière optimisée.

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