Exploration par rayonnement synchrotron X de la croissance et de la structure de dichalcogenures 2D

par Roberto Sant

Projet de thèse en Physique de la Matière Condensée et du Rayonnement

Sous la direction de Johann Coraux et de Gilles Renaud.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale physique (Grenoble) , en partenariat avec Institut Néel (laboratoire) depuis le 01-10-2016 .


  • Résumé

    2D matériaux sont de grand intérêt pour beaucoup d'applications en nano-opte-électroniques. Le graphène est le prototype de cette famille de matériaux, cependant l'absence de band gap limite ses potentielles applications, par exemple pour la réalisation de FETs. Récemment les dichalcogenures de métaux de transition (TMDs) ont apparu dans le domaine de la croissance de matériaux 2D et ont créé un nouveau domaine de recherche. La faible qualité structurelle des Mds jusqu'à présent empêche l'accès à leurs propriétés intrinsèques et limite la prestation des dispositifs. L'objective principal de ce travail est de considérablement améliorer cette qualité par un contrôle étroit de processus de croissance, pour la première fois par suite du diagnostic in situ permis par la diffraction et le scattering de surface du rayonnement de synchrotron. Avec des experts impliqués dans le projet, la physique de base et des dispositifs optoélectroniques prépares partir de ces optimises matériaux seront étudies. La croissance de MoS2 ou WS2 sera exécutée sur différents substrats et optimisée en utilisant une combinaison de techniques d'épitaxie physique et chimique dans les conditions fortement contrôlées en chambre ultravide sur l'ESRF BM32 CRG/IF beamline. Les caractéristiques structurelles ayant de l'influence sur les propriétés optoélectroniques, le strain, les défauts, le nanorippling périodique associé à un moiré traduisant la relation epitaxial entre la 2D TMD et le substrat, seront examinées en fonction des conditions de croissance. Des informations complémentaires seront cherchées par l'aide de la microscopie à haute résolution et des spectroscopies optiques.

  • Titre traduit

    Synchrotron X-ray Exploration of Growth and Structure in 2D Dichalcogenides


  • Résumé

    Two dimensional materials are of highly significant interest for many applications in nano-opto-electronics. Graphene is the prototype of this material family, however the absence of gap limits its potential applications e.g. for making field effect transistors. Recently transition metal dichalcogenides (TMDs) have emerged in the growing field of 2D materials and give rise to a new area of research. The moderate structural quality of the 2D TMDs to date hinders access to their intrinsic properties and limits device performance. The main goal of this work is to substantially improve this quality by a close control of growth processes, for the first time owing to in situ diagnostics enabled by state of the art synchrotron X-ray surface diffraction/scattering. Together with experts involved in the project, fundamental physics and optoelectronic devices will be explored with these optimized high quality 2D TMDs. The growth of MoS2 or WS2 will be performed on various substrates and optimized using a combination of physical and chemical beam epitaxy under the highly controlled conditions of UHV chamber on the ESRF BM32 CRG/IF beamline. Structural features having key influence over the (opto)electronic properties, noteworthy strain, defects, periodic nanorippling associated with a moiré translating the epitaxial relationship between the 2D TMD and the substrate, will be investigated as a function of growth conditions. Complementary information will be sought for with the help of high resolution scanning probe microscopy and optical spectroscopies.