Exploration des isolants topologiques 2D avec du stanène épitaxial // Exploring 2D topological insulators with epitaxial stanene

Les isolants topologiques bidimensionnels (2D) suscitent un vif intérêt en raison de leurs propriétés électroniques uniques, telles que l'effet Hall quantique anormal et l'effet Hall quantique de spin, qui en font des candidats prometteurs pour la spintronique et l'informatique quantique. Ces matériaux sont caractérisés par des états de bord conducteurs topologiquement protégés, ce qui leur confère une grande robustesse face aux désordres et aux perturbations. Le graphène et d'autres couches monoélémentaires en nid d'abeille, comme le silicène, le germanène et le stanène, en sont des exemples classiques.
Si le graphène a fait l'objet de nombreuses études depuis sa découverte il y a 20 ans, les recherches actuelles se concentrent sur les matériaux 2D présentant des structures atomiques différentes de la structure en nid d'abeille, associées à de nouvelles propriétés topologiques. L'objectif de cette thèse est de réaliser de tels matériaux 2D novateurs à base de réseaux atomiques d'étain (Sn) en épitaxie. Dans le cadre de ce projet expérimental, le doctorant étudiera la croissance et la structure de l'étain par microscopie à effet tunnel et diffraction des rayons X de surface sur synchrotron. Des résultats préliminaires ont déjà été obtenus sur les surfaces Ag(111) et Cu(111), et nous souhaitons désormais explorer d'autres surfaces métalliques et semi-conductrices.
Ce projet sera mené en collaboration avec des expérimentateurs et des théoriciens d'autres laboratoires, afin d'étudier l'influence de la structure d'un réseau bidimensionnel sur ses propriétés électroniques. Plus précisément, il s'agira de cartographier le diagramme de phase qui relie les symétries du réseau et les intensités des interactions atomiques à la classification du matériau : isolant topologique, métal ou isolant conventionnel.
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Two-dimensional (2D) topological insulators are of high interest due to their unique electronic properties such as the quantum anomalous Hall effect and quantum spin Hall effect, which make them promising candidates for spintronics and quantum computing applications. These materials are characterized by topologically protected conductive edge states, rendering them robust against disorder and perturbations. Classic examples include graphene and other honeycomb monoelemental layers like silicene, germanene and stanene.
While graphene has been extensively studied since its discovery 20 years ago, current research focuses on 2D materials with atomic structures different from the honeycomb structure, associated with new topological properties. The aim of the thesis is to realize such novel 2D materials based on Sn epitaxial lattices. For this experimental project, the PhD student will study theSn growth and structure, using scanning tunneling microscopy and surface X-ray diffraction on synchrotron facility. Preliminary results have already been obtained on Ag(111) and Cu(111) surfaces and we now aim to explore other metal and semi-conductor surfaces.
The project will be carried out in collaboration with experimentalists and theoreticians from other labs, in order to investigate how the structure of a 2D lattice influences its electronic properties, specifically by mapping the phase diagram that links lattice symmetries and atomic interaction strengths to the material's classification, i.e. whether it behaves as a topological insulator, metal, or conventional insulator.
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Début de la thèse : 01/10/2026

Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)

Concours pour un contrat doctoral*

Sorbonne Université SIS (Sciences, Ingénierie, Santé)

397 Physique et Chimie des Matériaux

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