Investigating the ferroelectric texture of individual barium titanate nanocrystals by piezoresponse force microscopy. Application of erbium-doped nanocrystals to optical sensing of electric potential

Nous visons à développer un nanocapteur de potentiel électrique transmembranaire cellulaire basé sur un nanocristal ferroélectrique dopé avec des ions de terres rares réalisant une conversion ascendante de photons (UC). Exposé à une variation du potentiel électrique environnant, la densité de charges à la surface du nanocristal change, induisant des modifications de polarisation électrique qui font varier, par effet piézoélectrique inverse, l'environnement cristallographique des ions. Cette dernière variation est convertie en un changement du spectre d'UC des ions, permettant la détection optique du potentiel électrique.Cette thèse porte sur le développement d'un tel nanocapteur, utilisant un cristal de titanate de baryum de taille ≈ 150 nm comme matrice hôte et des ions erbium comme dopants. Nous avons d'abord étudié les propriétés structurelles des nanocristaux non dopés individuels, par microscopies à force piézoélectrique (PFM) et à génération de seconde harmonique. Les particules ne réagissaient pas comme des monocristaux. Malgré cette complexité structurelle, nous avons pu observer dans 20% des nanoparticules dopées des changements dans le spectre d'UC de l'erbium, lorsqu'elles sont soumises à un champ externe via la pointe PFM. Le temps de réponse de l'ordre de 1ms permet d'utiliser ce capteur pour détecter les pics d'activité électrique neuronale