Thèse sur la caracterisation avancée des matériaux 2D (H/F)

Sujet de thèse :
Les monochalcogenures (X) de métaux (X) de transition (MX) comme InSe, GaSe, GaS et GaTe sont des matériaux semiconducteurs bi-dimensionnels (2D) prometteurs. Leur structure cristalline est composée de lamelles dont l’intégrité est assurée par des liaisons covalentes fortes, et dont l’empilement vertical est maintenu par des forces de van der Waaals faibles. Une des particularités des matériaux 2D est l’évolution de leur structure électronique avec l’épaisseur du matériau. Un exemple bien connu est la transition des dichalcogénures de métaux (à base de W et Mo) depuis une structure à bande interdite indirecte vers une structure directe à l’état de mono-feuillet.

Contrairement aux dichalcogénures (MX2), les monochalcogenures GaSe et InSe sont des semi-conducteurs directs à l’état massif (2.1eV et 1.2eV), qui évoluent vers une transition indirecte pour des épaisseurs de quelques feuillets. Ces propriétés optiques dans les longueurs d’onde visibles sont des avantages importants par rapport à d’autre matériaux 2D tels que le graphène (pas d’absorption) ou le nitrure de bore (limité à l’ultraviolet lointain). La nature indirecte de GaSe ou InSe n’est pas forcément limitante et la littérature présente plusieurs exemples d’utilisation dans des détecteurs optiques rapides. Ce type de transition indirecte est aussi le lieu d’une physique particulière dans laquelle les bande de valence se courbent au point Gamma, donnant naissance à des singularités électronique proches des maxima des bandes de valence. Cette situation particulière pourrait s’accompagner d’effet physique intéressant comme des propriétés magnétiques ajustables selon le dopage du matériaux.Le matériau InSe pourrait aussi trouver des applications dans les transistors à effet de champs, du fait de sa forte mobilité électronique par rapport aux autres matériaux 2D.

Même so les études optiques et de transport électronique progressent rapidement, il reste des incertitudes sur la structure de bande du matériau réel. Ici l’utilisation de la photoemission d’électron résolue en angle (ARPES) et de la microscopie tunnel permettra de mieux comprendre ces zones d’ombre. Le couplage entre InSe et d’autre matériaux 2D (WSe2, WS2, etc) sera aussi une opportunité d’éteindre les propriété particulière de InSe à des hétérostructure van der Waals plus complexe.

Les activités de recherche comprendront :
* le transfert de matériaux 2D et la fabrication d’hétérostructure avec un machine dédiée
* la caractérisation de matériaux 2D par photoluminescence et spectroscopie Raman
* la caractérisation de matériaux 2D par photoemission d’électron résolue en angle
* la croissance de matériaux 2D par depot chimique en phase vapeur (CVD)

Le (la) candidat(e) devra présenter une appétence certaine pour la physique expérimentale ainsi que des connaissances approfondies en physique des solides et des semi-conducteurs. Des compétences informatiques en tra
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