Nanomatériaux innovants en environnement réel pour des applications en nano-électronique

Nanomatériaux innovants en environnement réel pour des applications en nano-électronique

Les nanotubes (NTs) de carbone peuvent être synthétisés à moyenne température (T~700°C) en décomposant un gaz carboné à la surface de nanocatalyseur métallique (Fe, Co ou Ni). Malgré des progrès significatifs depuis 25 ans, le contrôle précis de leur structure pendant la synthèse demeure un défi de taille pour des applications en nano-électronique. Depuis quelques années, l’utilisation de catalyseurs bimétalliques (CoW, Mo2C, …) semble être la voie la plus prometteuse puisque des sélectivités assez spectaculaires vis-à-vis de la chiralité des NTs ont été constatées sans qu’elles soient parfaitement comprises. Parmi les hypothèses avancées, il a été proposé que la présence d’un élément d’alliage ayant un haut point de fusion tend à maintenir solide la particule pendant la synthèse. Dans de telles conditions, la structure du catalyseur présente des facettes permettant le contrôle direct de la structure des tubes par épitaxie. Bien qu’elle soit élégante, cette interprétation est sujette à de nombreuses controverses puisqu’aucune étude expérimentale précise ne permet de déterminer l’état du catalyseur pendant la synthèse.

L’objectif de ce stage est donc de se focaliser sur la synthèse de nanoparticules (NPs) dans un état structural parfaitement défini et maitrisé dans le but de parvenir à une véritable ingénierie de fabrication de NTs à structure contrôlée. Pour cela, nous nous focaliserons sur l’étude structurale en température de NPs AgPt où le Pt, possédant un haut point de fusion, sera l’élément clé pour maintenir la particule à l’état solide. Il s’agira dans un premier temps d’optimiser les conditions de synthèse par voie physique (ablation laser pulsé) pour fabriquer des NPs AgPt de structures contrôlées (taille, morphologie et composition). Par la suite, l’évolution structurale à haute températuredes NPs sera effectuée grâce au développement unique de la microscopie électronique à transmission d’électrons (MET) in-situ en temps réel pour étudier les propriétés structurales des catalyseurs. Plus précisément, l’étude structurale de NPs AgPt (formation d’alliage, séparation de phase, transition ordre/désordre) à différentes températures sera alors possible où différentes techniques de microscopie seront couplées (haute résolution, diffraction, dispersion en énergie des rayons X, …). En collaboration avec le laboratoire MPQ pour la partie expérimentale, l’ensemble des résultats sera comparé à des simulations numériques à l’échelle atomique développées au LEM et au CINaM à Marseille.

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