Caractérisations structurales et optiques d'hétérostructures 2D

par Alexandre Plaud

Projet de thèse en Physique

Sous la direction de Julien Barjon et de Annick Loiseau.

Thèses en préparation à université Paris-Saclay , dans le cadre de École doctorale Interfaces : matériaux, systèmes, usages (Palaiseau, Essonne ; 2015-....) , en partenariat avec Groupe d'étude de la matière condensée (laboratoire) et de université de Versailles-Saint-Quentin-en-Yvelines (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2016 .


  • Résumé

    La thèse a pour objectif la caractérisation structurale et optique d'hétérostructure 2D. L'étude se portera sur des échantillons confectionné en salle blanche ou provenant d'équipes de recherches participant au « flagship » européen sur le graphène. L'analyse des interactions des différentes couches constitutives de l'hétérostructure sera réalisée par différents outils de caractérisation à l'état de l'art : la microscopie électronique en transmission qui permet d'obtenir la structure de l'hétérostructure à l'échelle de l'atome La spectroscopie de pertes d'énergie qui permet d'obtenir la réponse diélectrique du matériau dans un microscope électronique. Nous nous appuierons également sur une déclinaison de cette technique permettant de résoudre également le transfert de moment cinétique dans l'échantillon. Cette technique unique en France est comparable à ce qui peut être obtenu sur une ligne synchrotron. la cathodoluminescence réalisée également dans un microscope électronique permet d'obtenir la signature optique des hétérostructures. Cette spectroscopie optique sera déterminante pour aborder la physique des excitons dans les hétérostructures. Elle est réalisée à basse température (T=5K) dans des conditions d'excellente résolution spectrale (0.02 nm) avec une excitation focalisée typiquement sur quelques nanomètres (1-3 nm). La spectroscopie Raman qui donne des informations sur le couplage entre les différents constituants de l'hétérostructure. En particulier les modes à très basse fréquence permettent d'évaluer avec une précision meilleure que la monocouche atomique l'épaisseur des constituants. Cette approche multispectrale nous permettra de déterminer et de comprendre la structure électronique de nos échantillons, nous permettant ainsi de prévoir le comportement d'autres hétérostructures.

  • Titre traduit

    Structural and optical properties of 2D heterostructures


  • Résumé

    The PhD goal is to determine structural and optical properties of 2D heterostructures. This study will performed on samples made by myself in clean room or obtained from different teams of the graphene European flagship. The interaction between the layers of the heterostructure is going be studied by various state of the art methods: Transmission electron microscopy will be used to obtain the structure of the heterostructure at atomic scale. Electron energy loss spectroscopy (EELS) performed in a transmission electron microscope will be used to determine the dielectric response of the material. Angle resolved EELS will allow to access to the momentum transferred by the electron beam to the sample which is a unique technique in France. This is equivalent to resonant inelastic X-ray scattering measurements obtained thanks to a synchrotron. Cathodoluminescence in an electron microscope informs on the optical properties of the heterostructure. This is a key technique to understand the physics of excitons within the heterostructure. It is performed at low temperature (T=5K) under excellent spectral resolution (0.02nm) and with an excitation probe of only a few nanometres (1-3nm) Raman spectroscopy will be use to study the coupling between the layers of the heterostructure. It has been shown that the low frequency modes provide a powerful and accurate determination (better than one atomic layer) of the thicknesses of lamellar crystals. This multispectrale approach will allow us to determine and understand the electronical properties of van der Wall heterostructures.