From silicen to Si films and clusters : silicon growth on Ag and layered materials studied by STM, GIXD and DFT

par Alberto Curcella

Thèse de doctorat en Physique et chimie des matériaux

Sous la direction de Geoffroy Prévot et de Michele Lazzeri.

Soutenue le 05-10-2018

à Sorbonne université , dans le cadre de École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris) , en partenariat avec Institut des NanoSciences de Paris (laboratoire) .

Le président du jury était Abhay Shukla.

Le jury était composé de Vincent Repain, Laurence Masson.

Les rapporteurs étaient Isabelle Berbezier, Marie-Christine Hanf.

  • Titre traduit

    Du silicène aux films minces et nanoclusters de Si : croissance du silicium sur Ag et matériaux lamellaires étudiés par STM, GIXD et DFT


  • Résumé

    Dans cet ouvrage, je résume les études menées au cours de ma thèse concernant la synthèse de monocouches de silicium, de couches minces de Si sur Ag(111) et des dépôts de Si sur des matériaux lamellaires. Je présente des résultats originaux qui ont dévoilés des phénomènes physiques intéressants associés aux systèmes étudiés. Dans une première partie, je présente les résultats d’une étude combinant expériences et théorie, basée sur des mesures GIXD et des simulations DFT, visant à déterminer la disposition atomique exacte des structures de la monocouche de silicène sur Ag(111). Ensuite, je décris la structure atomique des couches minces de Si sur Ag(111). Je montre, au moyen de mesures GIXD, que le film de Si a une structure en forme de diamant avec des défauts d’empilement. Enfin, je détermine la structure atomique de la reconstruction de surface observée au-dessus du film de Si par des mesures de GIXD. Puis, par des études combinées de STM et DFT, je donne une image originale de la croissance de Si sur Ag(111) au-delà de la couverture de 1 ML de Si. Dans la dernière partie de cette thèse, je présente des études STM concernant l’évaporation de Si sur plusieurs matériaux lamellaires: HOPG, MoS2, TiTe2 et ZrSe2. Je montre que sur chacun de ces substrats la croissance de Si, à la fois pour température ambiante et pour des hautes températures, entraîne la formation de nanoclusters 3D.


  • Résumé

    In this work I summarize the studies conducted during my PhD, concerning the synthesis of silicene layers and thin Si films on Ag(111) and Si deposition on layered materials. I present original results which unveil interesting physical phenomena associated with the system under study. In a first part, I present the outcomes of a combined experimental and theoretical study, based on GIXD measurements and DFT simulations, aimed to determine the exact atomic arrangement of the silicene monolayer structures on Ag(111). Afterwards I focus on the atomic structure of Si thin films on Ag(111). I show, by means of GIXD measurements, that the Si film has a diamond bulklike structure with stacking faults. Finally, I determine the atomic structure of the reconstruction observed on top of the aforementioned diamond bulklike Si film by menas of GIXD measurements. Then, by combined STM and DFT studies I give an original picture for Si growth on Ag(111) above 1 ML Si coverage. In the last part of this Thesis, I report STM studies regarding Si evaporation on several layered materials: HOPG, MoS2, TiTe2 and ZrSe2. I show that on each of these substrates and both for room temperature and high temperature growth, Si evaporation results in the formation 3D Si nanoclusters.


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