Recherche exploratoire de nouveaux composés chalcogénures à propriétés électroniques remarquables

• Auteur / Autrice : Dalel Driss
• Direction : Laurent Cario, Benoît Corraze
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 23/11/2016
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matériaux, Matières, Molécules en Pays de la Loire (3MPL) (Le Mans ; 2008-2021)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Matériaux Jean Rouxel (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : COMUE : Université Bretagne Loire (2016-2019)
• Jury : Président / Présidente : Florent Boucher
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Andrea Gauzzi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Etienne Gaudin, Stéphane Cordier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chalcogénures

Mots clés libres

Sous-Unités Structurales 2D

Intercalation Topotactique

Prédiction Structurale

Résumé

Au cours de la dernière décennie, les chalcogénures (Q=S, Se et Te) d'élément de transition ont fait l'objet d’un fort regain d’intérêt, notamment en raison de la découverte de supraconductivité à haute température critique dans les composés à base de fer et de sélénium. Dans ce contexte, l'objectif de ce travail de thèse est de découvrir et d'étudier de nouveaux composés chalcogénures à base de fer et de nickel dans l'espoir de révéler des propriétés électroniques nonconventionnelles. Pour cela, nous avons utilisé plusieurs approches de conception rationnelle de nouveaux composés, comme la prédiction structurale par des calculs ab initio (USPEX), le concept d'assemblage de sous-unités structurales 2D ou des méthodes de chimie douce. Plusieurs nouveaux composés lamellaires ont été ainsi découverts. Par exemple, nous avons réussi à obtenir de nouveaux composés dont les structures résultent d'un assemblage de blocs fluorines, associés soit avec un plan de fer et de sélénium comme dans Ba2F2Fe1.5Se3, soit avec un plan de chalcogène contenant des chaines de sélénium (Ba3F4Se1.66) ou des paires de soufre (Ba2F2S2). Nous avons ensuite montré que de tels composés, utilisés comme précurseurs, permettent l’intercalation topotactique d’éléments de transition M, qui réagissent avec la paire (S2)2- pour former de nouvelles entités MxSy. Ce résultat ouvre donc une nouvelle voie de synthèse générale jouant sur la chimie des paires de chalcogène. En utilisant ce concept, nous avons pu découvrir de nouveaux composés lamellaires possédant des plans MxSy originaux.

During the last decade, an upsurge of interest was dedicated to chalcogenides (Q = S, Se and Te) of transition elements, particularly because of the discovery of superconductivity at high critical temperature in compounds based on iron and selenium. In this context, the aim of this thesis work is to discover and explore new chalcogenide compounds based on iron and nickel in the hope of revealing unconventional electronic properties. We used several approaches of rational design of new compounds, such as structural prediction based on ab initio calculations (USPEX), the concept of assembly of two-dimensional Secondary Building Units or soft chemistry methods. Several new lamellar compounds were thus discovered. For example, we succeeded to obtain new compounds which structures result from an assembly of fluorite blocks associated with either an iron selenide layer, such as in Ba2F2Fe1.5Se3, or with a chalcogen layer containing selenium chains (Ba3F4Se1.66) or sulfur pairs (Ba2F2S2). We then showed that such compounds, used as precursors, allow the topotactic intercalation of transition elements M, which react with (S2)2- pairs to form new MxSy layers. This result paves the way for a new general synthetic route playing on the chemistry of chalcogen pairs. Using this concept, we have discovered several new lamellar compounds exhibiting original MxSy layers.