Matériaux de basse dimensionnalité

Le thème de recherche "basse dimensionnalité" vise à comprendre et maîtriser les propriétés structurales/électroniques/optiques des matériaux 0D (pure, bimétallique), 1D (C,BN) et 2D (graphène, h-BN, Black-P, MoS2).

  • Ni-C phase diagram for a nanoparticle with 807 Ni atoms

Les matériaux de base dimensionnalité se réfèrent à des systèmes dans lesquels une ou plusieurs dimensions spatiales sont suffisamment petites pour confiner la fonction d'onde d'état électronique et donner lieu à des effets de taille quantique. Par rapport à leurs homologues 3D, l’échelle nanométrique conduit à des propriétés électroniques, optiques, thermiques, mécaniques et chimiques inattendues et parfois extraordinaires. La possibilité de pouvoir contrôler/exploiter toutes ces propriétés permet d'envisager leur utilisation dans un large éventail de nanotechnologies. L’objectif principal de notre recherche est de comprendre et maîtriser la synthèse de matériaux 0D (nanoparticules métalliques), 1D (nanotubes de carbone et de nitrure de bore), 2D (feuillets de graphène, BN, phosphore noir et leurs hétérostructures) ainsi que les propriétés électroniques liées à la réduction de dimension et aux effets de couplage et d’exaltation pouvant exister entre les composants d’une hétérostructure. La démarche associe observations expérimentales (TEM-EELS, spectroscopies) et modélisation (structure électronique ab initio, méthode des liaisons fortes, simulations Monte Carlo). Notre activité de recherche se décline selon 3 principaux axes :

  • Synthèse : voie chimique (0D), décomposition en phase vapeur (1D/2D) et compréhension des mécanismes de croissance.

(a) Mécanisme général de croissance pour former du graphène (CVD). (b) Montage micromécanique pour former des hétérostructures de type van de Waals.

  • Caractérisation : propriétés structurales et spectroscopiques (électronique et optique) par différentes techniques expérimentales (microscopie électronique à transmission, spectroscopie de pertes d'énergie des électrons, cathodoluminescence, photoluminescence, spectroscopie Raman, microscopie électronique à balayage).

(a) DWNTs : Comparaison entre des images HRTEM expérimentales et simulées de motifs de Moiré. (b) hBN : Spectres de cathodoluminescence d'un système massif. (gauche) et de différentes épaisseurs (droite).

  • Simulation/théorie : modélisation à l'échelle atomique des propriétés structurales, électroniques et optiques.

(a) Nucleation d'un nanotube de carbone à partir d'une nanoparticule catalytique de Ni (simulations liaisons fortes Monte Carlo). (b) Exciton (niveau fondamental) dans une couche de BN.

Personnel Permanent

Hakim Amara
Maître de recherche
Frédéric Fossard
Ingénieur de Recherche
Armelle Girard
Maître de Conférences
Annick Loiseau
Directrice de recherche
Jean-Sébastien Merot
Assistant Ingénieur

Personnel Non Permanent

Etienne Carré
Etudiant en stage
Alice Castan
Post Doctorante
Daniel Forster
Post doctorant
Cora Moreira Da Silva
Doctorante
Alexandre Plaud
Doctorant
Henri Prévost
Doctorant
Lorenzo Sponza
Post Doctorant