Etude de la croissance de matériaux 2D par épitaxie de jet moléculaire pour des applications en photodétection

Au cours des dernières années, les matériaux bidimensionnels (2D) ont émergé comme des plateformes prometteuses pour des applications optoélectroniques. Le graphène est le premier matériau de cette famille ; cependant, son comportement semi-métallique a freiné son utilisation dans de nombreuses applications où un matériau semi-conducteur est requis.

Dans ce contexte, le paradigme des matériaux 2D s’est déplacé vers d’autres matériaux présentant un gap contrôlable dans la gamme UV-Vis, tels que les dichalcogénures de métaux de transition (TMDs), le phosphorène et, plus récemment, les réseaux métallo-organiques conducteurs bidimensionnels (c-MOF). Par rapport aux semi-conducteurs conventionnels, ces c-MOF offrent plusieurs avantages, notamment de fortes interactions lumière-matière, une photo-réponse large bande ainsi qu’une synthèse potentiellement peu coûteuse.

Cette thèse vise à étudier la nucléation et la croissance de c-MOFs 2D obtenus par épitaxie de jet moléculaire (MBE) sous ultra-haut vide. La croissance sera suivie in situ à l’échelle atomique à l’aide de la microscopie à effet tunnel (STM), tandis que la diffraction d’électrons lents (LEED) permettra de déterminer les relations d’épitaxie avec le substrat. La spectroscopie de photoélectrons X (XPS) fournira une analyse chimique précise des liaisons et de la coordination métal-ligand. Des calculs ab initio basés sur la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) pourront être associés à ces investigations pour préciser les propriétés électroniques et magnétiques des hétérostructures obtenues. Les films synthétisés seront ensuite étudiés pour leurs propriétés de photo-détection (mesures I-V, photo-réponse, responsivité, détectivité, rendement de photo-conversion, et les cycles de stabilité).

 Les équipes et département de l’IM2NP possèdent une expertise indéniable dans de nombreux domaines expérimentaux et théoriques couvrant la physique du solide, la chimie des matériaux, les dispositifs, circuits et systèmes intégrés, les circuits, la fiabilité, le traitement du signal et l’instrumentation. Cela concerne plus spécifiquement les secteurs applicatifs clés tels que :

             • Les énergies (photovoltaïque, thermoélectricité, fission, fusion)
             • La sécurité et la défense (haute fiabilité, signal et tracking, furtivité)
             • La santé (E-santé, médecine connectée)
             • Les transports (automobile, aéronautique, spatial)
             • La communication (objets connectés, circuits communicants, RFID, internet des objets)
             • L’environnement (détection, instrumentation et électronique en milieux extrêmes)
             • Les matériaux avancés (semi-conducteurs, nanomatériaux 2D, matériaux hybrides)
             • La microélectronique (mémoires émergentes, circuits et systèmes éco-énergétiques)

Le/la candidat(e) devra posséder de solides connaissances en physique de la matière condensée, en physique des surfaces ou en science des matériaux. Le projet requiert une forte capacité à travailler en équipe dans un environnement multidisciplinaire.