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Fonctionnalisation de surface et caractérisation de matériaux 2D

publié le

Directeur de thèse : Pr Thierry ANGOT
Coordonnées : thierry.angot univ-amu.fr, Aix Marseille Université, CNRS, PIIM UMR 7345, 13397 Marseille, France
Tel : 04 91 28 28 02
Co-encadrant : Dr Eric SALOMON, eric.salomon univ-amu.fr

Description du sujet :
La découverte du graphène, matériau constitué d’une seule couche atomique de carbone, peut être considérée comme un point clé dans l’élaboration de matériaux bi-dimensionnel (2D) et ainsi modifier la configuration d’architectures de futurs dispositifs. Cette percée a ouvert la possibilité d’isoler et d’explorer les propriétés fascinantes de plusieurs autres matériaux qui offrent, au niveau de quelques couches atomiques, de nouvelles fonctionnalités ainsi que de nouvelles applications [1, 2, 3, 4]. Cependant, la plupart des matériaux 2D ne peuvent pas servir tels quels, car ils ne présentent pas nécessairement des propriétés électroniques adéquate à leur utilisation [5,6,7]. Un contrôle précis des états électroniques de surface des matériaux 2D pourrait permettre d’adapter leurs propriétés électroniques, améliorer leur flexibilité et élargir leur champ d’application. À cette fin, la fonctionnalisation de surface à l’aide de composés organiques permettrait d’ajuster la réactivité et les propriétés électroniques des matériaux 2D. Ce projet interdisciplinaire, situé à la croisée de la physique du solide et la chimie supramoléculaire, est un domaine de recherche relativement inexploré et présente un grand potentiel vers des dispositifs peu coûteux, souples, efficaces et évolutives [8].
Le sujet de la thèse proposée consiste donc à fonctionnaliser différents matériaux 2D à l’aide d’atomes et molécules organiques, caractérisé leurs propriétés physiques et plus précisément leurs propriétés électroniques. Plus particulièrement, nous proposons de travailler sur la fonctionnalisation de deux matériaux 2D récents : la silicene et germanene, les « cousins » du graphène à base de silicium et germanium, respectivement [2, 3]. Nous envisageons également de fonctionnaliser des monocouches organiques auto-assemblées par co-adsorption de composés organiques ou par polymérisation induite en surface [9].
Les propriétés structurales et de croissance du film seront caractérisées et déterminées en combinant la diffraction d’électrons lents (LEED), la microscopie à effet
tunnel (STM) et la spectroscopie Auger (AES). La réactivité, propriétés électroniques et
optoélectroniques des films seront sondées à l’aide de la spectroscopie de perte d’énergie
d’électrons lents à haute résolution (HREELS) et par spectroscopie de photoémission (PES).
La thèse s’effectuera dans des conditions d’ultra-haut vide, sur un bâtit expérimental
comprenant :
- une chambre de préparation des échantillons équipée d’un système de chauffage, de
trois sources d’évaporation à flux calibré, d’une source d’hydrogène atomique ainsi que
d’un canon à ions ;
- deux chambres d’analyses équipées : d’un diffractomètre d’électrons lents (LEED), d’un
microscope à effet tunnel (STM), d’un spectromètre Auger (AES) et d’un spectromètre
de perte d’énergie d’électrons lents à haute résolution (HREELS).
Enfin, afin de compléter les mesures faites au laboratoire et notamment dans le but
de réaliser les expériences par spectroscopie de photoélectrons, l’étudiant(e) sera
également amené(e) à travailler sur différents synchrotrons.
Le ou la candidat(e) devra posséder de bonnes connaissances en physique de l’état
solide et en sciences des matériaux. De plus il ou elle devra être très motivé(e) par l’aspect
expérimental de ce sujet de thèse.
Références bibliographiques :
[1] : M. Xu, et al., Chem. Rev., 113 (2013) 3766
[2] : P. Vogt, et al., Phys. Rev. Lett. 108 (2012) 155501
[3] : M. E. Dávila, et al., New Journal of Physics 16 (2014) 095002
[4] : L. Tao, et al., Nat. Nanotechnol. 10 (2015) 227
[5] : W. Wang et al., Phys. Rev. B 93 (2016) 081406(R)
[6] : D.B. Medina et al., J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom., in press (2016)
[7] : C. Coletti et al., Phys. Rev. B 81 (2010) 235401
[8] : S. Lei et al., Nature Nanotech. 11 (2016) 465
[9] : N. Kalashnyk et al., Nat. Commun., in press (2017)