Thèmes de recherche

Les molécules à transition de spin sont des complexes organo-métalliques présentant deux états de spin, nommés haut spin (HS) et bas (LS), qui peuvent être contrôlés par des stimuli extérieurs comme la température, la lumière ou la tension. Ces propriétés de commutation, ainsi que la bistabilité et la réversibilité des transitions, font des molécules à transition de spin de bonnes candidates pour être incorporées dans des dispositifs d’électronique ou de spintronique contrôlables. Pour avoir des dispositifs robustes, il est indispensable de comprendre les propriétés des interfaces molécule/substrat. Ainsi, la question principale, qui gouverne les études menées dans l’équipe, est de comprendre comment les molécules à transition de spin conservent leurs propriétés une fois adsorbées sur différents types de substrats (métaux, ferromagnétiques, graphène). Pour cela, nous nous intéressons à des systèmes modèles, créés par la sublimation de molécules sous ultra-vide, afin d’obtenir des films moléculaires ayant des épaisseurs allant de la sous-monocouche à quelques dizaines de monocouches. La structure et les propriétés de transition des films moléculaires sont ensuite déterminées par des techniques complémentaires à savoir à l’échelle nanométrique, par des mesures de microscopies en champ proche (STM/STS et AFM) ; et, à l’échelle micrométrique par des mesures de spectroscopie d’absorption de rayons x (XAS) et de diffraction de rayons x en incidence rasante (GIXD) réalisées sur synchrotron.

Collaborateurs scientifiques: Talal Mallah et Marie-Laure Boillot (ICMMO, Université Paris Saclay / CNRS), Marie-Anne Arrio (IMPMC, Sorbonne Université / CNRS), Edwige Otero (ligne DEIMOS, synchrotron SOLEIL), Alessandro Coati (ligne SixS, synchrotron SOLEIL), Cyrille Barreteau et Alexander Smogunov (SPEC, CEA Saclay), Yannick J. Dappe (C2N, Université Paris Saclay / CNRS), Shobhana Narasimhan (Jawaharlal Nehru Centre for Advanced Scientific Research, Inde)

La structure de surface, particulièrement des surfaces et interfaces de basse symétrie, est importante du point de vue fondamental comme des applications, son comportement différant significativement de celui du bulk du matériau.

Les objets chiraux, qui n’ont aucun élément de symétrie impropre, existent sous deux formes non superposables. La chiralité donne naissance à des propriétés exotiques émergentes dans différents champs, en électronique, en chimie, en optique, en magnétisme et en spintronique, qui dépendent de la forme chirale.

Divers systèmes chiraux sont étudiés dans ce groupe, en utilisant des techniques de microscopie à sonde locale comme la microscopie à effet tunnel et la microscopie à force atomique, et des méthodes de diffraction comme la diffraction des rayons X (DRX) et la DRX en incidence rasante. Cet éventail de techniques permet d’étudier à la fois des surfaces et des interfaces chirales de différents matériaux inorganiques et des systèmes hybrides de molécules sur surface.

Collaborateurs scientifiques : Pascal Martin et Sophie Nowak (ITODYS, Université Paris Cité / CNRS), Alessandro Coati (beamline SixS, synchrotron SOLEIL)

Les ondes de densité de charge (Charge Density Waves, CDW) sont des états électroniques collectifs résultant d’un couplage entre les électrons et le réseau atomique des matériaux. Dans les dichalcogénures de métaux de transition (TMDs), elles offrent un cadre privilégié pour étudier les phases électroniques émergentes dans les matériaux quantiques et leur contrôle.

L’équipe développe une activité de recherche sur les CDW dans les TMDs bidimensionnels étudiés expérimentalement par microscopie et spectroscopie à effet tunnel (STM/STS). Notre objectif est de comprendre les mécanismes fondamentaux qui gouvernent la formation et la dynamique des ondes de densité de charge, ainsi que d’explorer leur modulation et leur contrôle afin de concevoir de nouvelles fonctionnalités dans les matériaux bidimensionnels.

U. Chazarin et al., Nano Letters 24, 3470 (2024)

U. Chazarin et al., Adv. Mater. Interfaces 10, 2201680 (2023)

La quête de nouveaux matériaux bidimensionnels (2D) dotés de propriétés électroniques exotiques ouvre des perspectives prometteuses pour l’électronique de nouvelle génération. Parmi ceux-ci, le phosphorène, et son équivalent massif, le phosphore noir (BP), suscitent un intérêt particulier en raison de leurs propriétés structurales, électroniques et optiques remarquables. Contrairement au graphène, la structure non planaire du phosphorène permet l’existence de nombreux allotropes, ce qui offre une grande diversité structurale et électronique.

Notre équipe se consacre à l’étude de nouveaux allotropes et nanostructures de phosphorène, en explorant leur croissance sous UHV sur substrat métallique et leurs propriétés électroniques à l’échelle atomique. Ces dernières sont caractérisées expérimentalement par microscopie et spectroscopie à effet tunnel (STM/STS). Nous analysons également comment les interactions avec le substrat influencent leur mode de croissance et modulent leurs propriétés électroniques.

A. Karn et al. Small 2405924 (2024)

R. Harsh et al., J. Phys. Chem. Lett. 13, 6276{6282 (2022)

Image STM de nanostructures de phosphore sur Au(111). [A. Karn et al. Small 2405924 (2024)]

La quête de nouveaux matériaux bidimensionnels (2D) dotés de propriétés électroniques exotiques ouvre des perspectives prometteuses pour l’électronique de nouvelle génération. Parmi ceux-ci, le phosphorène, et son équivalent massif, le phosphore noir (BP), suscitent un intérêt particulier en raison de leurs propriétés structurales, électroniques et optiques remarquables. Contrairement au graphène, la structure non planaire du phosphorène permet l’existence de nombreux allotropes, ce qui offre une grande diversité structurale et électronique.

Notre équipe se consacre à l’étude de nouveaux allotropes et nanostructures de phosphorène, en explorant leur croissance sous UHV sur substrat métallique et leurs propriétés électroniques à l’échelle atomique. Ces dernières sont caractérisées expérimentalement par microscopie et spectroscopie à effet tunnel (STM/STS). Nous analysons également comment les interactions avec le substrat influencent leur mode de croissance et modulent leurs propriétés électroniques.

D. Demba et al., ChemPhysChem e202400221 (2024)

M. Bouatou et al., Adv. Funct. Mater. 32, 2208048 (2022)

M. Bouatou et al., Nano Letters 20, 6908 (2020)

R. Harsh et al., J. Phys. Chem. Lett. 6897 (2019)

F. Joucken et al., Phys. Rev. Mater. 3, 110301 (2019)

 

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