Effets photothermoélectriques dans les films de nanotubes de carbone

Les réseaux de nanotubes de carbone représentent un matériau prometteur dont le potentiel a été pressenti pour une variété d'applications technologiques. Récemment, leurs perspectives en optoélectronique ont dû être repensées après qu'un rapport eut démontré que la photoconductivité de films suspendus de nanotubes était dominée par des mécanismes d'origine thermique (liés à un effet bolométrique). Cette observation contrastait diamétralement avec des interprétations précédentes, qui associaient, entre autres, la photoréponse à la dissociation d'un exciton causée par un champ électrique. De plus, elle laissait entrevoir un rôle potentiellement déterminant lié au chauffage radiatif pour ce type de systèmes. Cette thèse vise à explorer l'importance des effets d'un tel chauffage radiatif et de leurs intérêts dans un contexte thermoélectrique. Cette investigation mérite une attention particulière en raison du coefficient Seebeck élevé des nanotubes semi-conducteurs (pouvant atteindre plusieurs centaines de μV/K). En étudiant les effets photo-thermoélectriques présents dans des réseaux de nanotubes, notre travail permet de mieux comprendre l'interaction entre la lumière et ce système complexe, où les jonctions nanotube-nanotube jouent un rôle dominant. Dans notre démarche, une attention particulière a été accordée aux films suspendus, soit une configuration dans laquelle les effets de chauffage sont favorisés, afin d'évaluer le potentiel des nanotubes pour d'éventuelles applications. Dans la première partie de la thèse, la contribution d'origine thermique de la photoréponse d'un système thermoélectrique a été dérivée à partir d'un bilan d'énergie. En l'absence de courant électrique, cette contribution est apparue essentiellement liée à une modification de température, qui se calcule à l'aide de l'équation de Fourier. Cette équation a été résolue dans un cas particulier, soit celui d'un film de nanotubes suspendu entre deux électrodes massives. En posant certaines hypothèses, telles une convection et une radiation négligeables, une conductivité thermique et une absorption optique indépendantes du dopage, et une élévation de température relativement faible (≤ 20 K), nous avons montré qu'une illumination locale induisait un profil de température triangulaire. Or, pour un tel profil, une relation simple a été déduite reliant la dérivée du photovoltage par rapport à la position de l'illumination avec la valeur locale du coefficient Seebeck. Cette relation constitue un élément clé de cette thèse, puisqu'elle montre comment