Thèse de doctorat: Nanostructures de Nitrure de Carbone graphéniques : élaboration, imagerie et mesures

Sujet de thèse :
L’étude de nouveaux matériaux bidimensionnels (2D) présentant des structures de bandes uniques a suscité un intérêt considérable depuis la découverte du graphène en 2004. Un enjeu actuel est de comprendre comment les modifications de leur morphologie et de leur composition élémentaire peuvent influencer leurs propriétés physiques. Dans ce but, l’un des objectifs majeurs dans ce domaine est de développer des alternatives aux méthodes conventionnelles de fabrication « top-down » de structures à base de graphène, qui présentent initialement des propriétés électroniques de type semi-métallique. Dans ce contexte, les approches « bottom-up » reposant sur des réactions de précurseurs moléculaires à la surface (par exemple via le couplage d’Ullmann et la cyclodéshydrogénation) se sont révélées particulièrement efficaces pour la croissance d’architectures graphéniques nanostructurées unidimensionnelles et bidimensionnelles sur des surfaces métalliques, avec des propriétés électroniques ajustables allant d’un comportement semi-métallique à semi-conducteur.
S’appuyant sur ces avancées, le projet de thèse proposé portera sur la synthèse de précurseurs moléculaires adaptés, suivie de la croissance de couches poreuses de nitrure de carbone bidimensionnel (CxNy) en utilisant deux approches complémentaires : la chimie traditionnelle en solution (utilisant entre autres la réaction de Fittig) et la synthèse en surface sous ultravide (UHV) décrite ci-dessus. Une attention particulière sera accordée à l’étude de la structure atomique, de la composition chimique ainsi que des propriétés électroniques et vibrationnelles des matériaux à base de nitrure de carbone obtenus, transférés ou élaborés sur des substrats de nature différente.

Contexte :
Le projet se déroulera à l’Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux d’Orsay (ICMMO, Saclay) et à l’Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologies (IEMN, Villeneuve-d’Ascq). Il impliquera plusieurs équipes de recherche, notamment l’équipe ECI à l’ICMMO ainsi que les équipes NCM et EPIPHY à l’IEMN.
Le/la candidat(e) aura accès à un laboratoire de chimie de l’ICMMO disposant de toutes les infrastructures nécessaires à la synthèse et à la caractérisation moléculaire. Par ailleurs, le projet bénéficiera des plateformes technologiques de pointe de l’IEMN, notamment (i) la plateforme de caractérisation multi-physique (PCMP) et (ii) une salle blanche ISO6 de 1600 m². En particulier, le/la candidat(e) travaillera au sein du Pôle Microscopie en Champ Proche (PCP), l’un des pôles de la plateforme PCMP. Le PCP regroupe des équipements de pointe dédiés à l’analyse topographique, physique et électrique des surfaces, couvrant des échelles allant de 100 µm jusqu’à l’échelle atomique, avec des techniques telles que la microscopie à effet tunnel (STM), la microscopie à force atomique (AFM) et la microscopie à force de Kelvin (KPFM).