Propriétés électroniques des allotropes de phosphorène contraints

Avr 17, 2024 | Stages, thèses

(a) Schéma d’une surface vicinale. (b) Un des allotropes du phosphorène. (c) Résolution atomique par STM.

Laboratoire: MPQ (Matériaux et Phénomènes Quantiques), Université Paris Cité & CNRS
Adresse: Bâtiment Condorcet – 10 Rue A. Domon et L. Duquet – 75013 Paris
Directeur de stage/thèse : Yann Girard
Tel: 01 57 27 62 99
e-mail: yann.girard@u-paris.fr

Projet scientifique :

Dans le domaine des matériaux 2D, tels que le graphène, le silicène ou le stanène, le phosphorène est un nouveau candidat récemment étudié pour ses propriétés électroniques particulières. En raison de la mobilité élevée des porteurs et de sa bande interdite modérée, les films minces de phosphore noir ont suscité un grand intérêt ces dernières années pour des applications potentielles dans plusieurs domaines. D’autres prédictions théoriques ont également suggéré qu’une seule couche d’atomes de phosphore, appelée phosphorène, devrait présenter un grand nombre d’allotropes bidimensionnels (2D) possibles (bleu, rouge, violet, etc.). Chacun d’entre eux possède des propriétés modulables en fonction de sa structure atomique, de sa taille ou de la forme des nanostructures de phosphorène formées (fils, rubans, ilots). L’une des voies les plus prometteuses pour la croissance épitaxiale de nouveaux allotropes 2D consiste à tirer parti des contraintes de surface induites par les asymétries de réseau avec des surfaces métalliques d’orientations cristallographiques différentes, telles que Au (111) ou (100). Cette stratégie a déjà été appliquée avec succès pour stabiliser de nouvelles structures.

L’objectif de cette thèse est de découvrir de nouvelles phases aux propriétés innovantes, en utilisant une technique d’ingénierie des contraintes pour maîtriser la formation de divers allotropes 2D du phosphorène. L’originalité de cette proposition est d’approfondir le rôle joué par la contrainte de surface dans les échantillons d’or en utilisant spécifiquement leurs variantes vicinales. Une partie importante de la thèse sera consacrée à la préparation des surfaces des substrats et au dépôt ultérieur de P par évaporation thermique dans une chambre UHV dédiée. La caractérisation de la morphologie et de la structure cristalline sera réalisée par microscopie à effet tunnel (STM) à température ambiante et par des mesures de spectroscopie électronique LEED/Auger (AES). Les propriétés électroniques de ces nouveaux matériaux seront étudiées en utilisant des mesures à basse température (4 K) par spectroscopie à effet tunnel (STS) et ARPES (collaboration avec le LPS-Orsay).

La thèse est financée par le projet ANR : ANR-22-CE09-0022, 2DPhostrainE. Voir aussi le site de l’EDPiF pour y soumettre votre candidature.

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