Propriétés électroniques et optiques d’hétérostructures à 2D

Le confinement imposé dans les nanostructures par la réduction de leur dimensionnalité crée une physique riche que les progrès technologiques, accomplis ces dernières années, permettre de mettre en lumière et d’étudier. Parmi ces nanostructures, les matériaux 2D se distinguent dans le développement des nanosciences et nanotechnologies. Ils sont issus de matériaux massifs formés par l’empilement de plans séparés les uns des autres par exfoliation jusqu’à l’obtention d’un seul plan. Depuis l’envol du graphène, exfolié à partir du graphite dans les années 2000, la famille des
matériaux 2D s’est enrichie de nouvelles structures comme le nitrure de bore hexagonal (hBN) ou les dichalcogénures (MoS2, MoTe2, WSe2…). Avec une épaisseur quasiment nulle, ces matériaux voient leurs densités électroniques prêtes à interagir avec leur environnement, ce qui modifie profondément leur propriétés physiques. Cette sensibilité peut être mise à profit dans des hétérostructures, où des matériaux 2D sont associés pour interagir de manière intelligente et contrôlée et permettre de protéger, combiner, exalter leurs propriétés intrinsèques, voire même de générer de nouvelles propriétés.
L’objectif de cette thèse est de chercher à mieux comprendre à l’échelle atomique l’impact des empilements sur les propriétés électroniques et optiques d’hétérostructures dans le but de les moduler en vue de concrétiser leur potentiel dans des applications variées liées à l’électronique et l’optoélectronique.
Dans ce contexte, la famille d’hétérostructures considérée sera constituée d’empilements de feuilles de nitrure de bore (semi-conducteur à grand gap) et de graphène (semi-conducteur à gap nul). Pour étudier ce problème d’un point de vue théorique, nous chercherons à combiner des développements
analytiques et des simulations numériques qui reposent essentiellement sur un formalisme de type liaisons fortes. Une étape d’ajustements de paramètres présents dans ces modèles sera nécessaire et validée par des calculs ab initio plus précis, dans le cas de systèmes simples. L’étude de grands systèmes, jusqu’à plusieurs centaines de milliers (voire le million) d’atomes, deviendra alors possible.
Plus précisément, il s’agira d’étudier la nature et l’effet des empilements ainsi que la présence de défauts sur les propriétés électroniques et optiques d’hétérostructures graphène/nitrure de bore.

Profil recherché:

Formation : Physique du solide, physique des matériaux


Spécificités souhaitées : Bonne connaissance de la mécanique quantique et de la physique de la matière condensée ainsi qu’un goût prononcé pour la simulation numérique et le contact avec les expérimentateurs, au laboratoire et à l’extérieur. Les échanges scientifiques, en particulier dans le cadre de structures de collaborations auxquelles participe le LEM (groupe de recherche « nano», projets ANR et européen), seront encouragés.

Contact: hakim.amara@onera.fr

Interactions courants électriques et évolutions microstructurales par la méthode des champs de phase

L’application d’un courant électrique à un alliage métallique présente un fort potentiel pour le développement et l’optimisation des matériaux. Tout d’abord, elle permet un suivi in situ de l’évolution microstructurale lors des traitements thermiques et thermo-mécaniques. Par ailleurs, elle permet de modifier les microstructures, ce qui offre un moyen de contrôle très avantageux en terme
d’investissements par rapport aux procédés thermo-mécaniques classiques. Cependant, malgré ce fort
potentiel, son déploiement vers l’échelle industrielle nécessite une meilleure compréhension des
interactions entre courant électrique et évolution microstructurale.
En liaison avec deux autres laboratoires, l’Institut Jean Lamour à Nancy et MATEIS à Lyon, nous avons
monté et obtenu un projet ANR dont l’objectif est précisément de développer un cadre théorique à
l’échelle de la microstructure, basé sur une extension de la méthode de champs de phase à
l’électrocinétique et à l’électromigration, puis d’appliquer ce modèle dans deux situations
complémentaires pour lesquelles des expériences seront conduites dans les laboratoires partenaires :
(1) le suivi de la résistivité électrique lors de transformations de phase ; (2) la modification des
microstructures par application de champs électriques intenses.
Le modèle Champ de phase intégrera les actions des diverses forces motrices en jeu, c.à.d. les
énergies libres des différentes phases, la cinétique des interfaces, la relaxation des contraintes
élastiques générées par désaccord de réseau et, finalement, l’électrocinétique et le transport de matière
par électromigration. Le model permettra ainsi d’étudier la réponse électrique d’une microstructure en
évolution ainsi que son contrôle par transport convectif généré par des courants intenses. Le code
associé sera implémenté dans une version 3D pour simuler des situations réalistes présentant des
arrangements complexes.

Soutenance d’HDR : Mathieu FEVRE

Mathieu Fèvre soutiendra son mémoire intitulé « Modélisations et caractérisations d’alliages et de nanoparticules d’alliages »  pour l’obtention du diplôme d’Habilitation à Diriger des Recherches

le mardi 29 janvier 2019 à 14h, dans l’amphi BLANDIN du Laboratoire de Physique des Solides sur le site de la Faculté des Sciences d’Orsay (Bâtiment 510),

devant le jury composé de Pascal ANDREAZZA (ICMN), Alexis DESCHAMPS (SIMAP), Alphonse FINEL(ONERA), Philippe GOUDEAU (INSTITUT P’), Christine MOTTET (CINAM) et Sylvain RAVY (LPS).

 

Soutenance de thèse: Ouafi Mouhoub

Mr Ouafi Mouhoub soutiendra sa thèse de doctorat intitulée « Propriétés structurales et électroniques du graphène, du nitrure de bore hexagonale et de leurs hétérostructures »  le Mercredi  19 décembre à 14h. Sa soutenance se déroulera a l’Université Paris Diderot, Bâtiment Condorcet, 10 rue Alice Domon et Léonie Duquet, 75013 Paris –  Salle Luc Valentin (454A).

Soutenance de thèse: Gader Altinkurt

Mme Gader Altinkurt soutiendra sa thèse de doctorat intitulée « Apport de la microdiffraction Laue pour la détermination des contraintes internes dans un superalliage à base de nickel grenaillé : effets de la microstructure et des traitements thermomécaniques »  le Jeudi 20 décembre à 10h. Sa soutenance se déroulera a l’Institut Jean Lamour, Campus Artem, 2 allée André Guinier,  Nancy –  Salle Amphi 200.  

Soutenance de thèse: Carolina Baruffi

Mme Carolina Baruffi soutiendra sa thèse de doctorat intitulée « Application d’une dynamique de Langevin sur-amortie pour l’étude des évolutions microstructurales dans les matériaux cristallins »  le Lundi 17 décembre à 14h. Sa soutenance se déroulera au centre ONERA de Châtillon (29 avenue de la division Leclerc) – salle Contensou.

Soutenance de thèse: Hocine Lebbad

M. Hocine Lebbad soutiendra sa thèse de doctorat intitulée « Modélisation de la croissance des structures de Widmanstätten par la méthode des champs de phase »  le Mardi 11 décembre à 14h. Sa soutenance se déroulera au centre ONERA de Châtillon (29 avenue de la division Leclerc) – salle Contensou. 

2D Materials and their Heterostructures

Cette réunion de deux jours s’adresse aux acteurs locaux et européens actifs dans la croissance des matériaux bidimensionnels et de leurs hétérostructures. Elle vise à discuter de stratégies de recherche communes, à l’Université Paris-Saclay et au-delà, pour la synthèse, la caractérisation et la valorisation d’hétérostructures de matériaux 2D à propriétés physiques contrôlées.