Synthèse colloïdale contrôlée de nanosheets de SnS et SnSe : mécanismes de croissance et propriétés ferroélectriques // Controlled colloidal synthesis of SnS and SnSe nanosheets: growth mechanisms and thickness-dependent ferroelectric properties

Ce projet de thèse vise à développer une synthèse colloïdale contrôlée de nanosheets bidimensionnelles ultrafines de sulfure et de séléniure d'étain (SnS et SnSe), avec une épaisseur ajustable de une à dix couches atomiques. Ces chalcogénures lamellaires, de structure van der Waals, présentent des propriétés électroniques, optiques et ferroélectriques émergentes à l'échelle nanométrique, offrant un fort potentiel pour des applications en nanoélectronique, capteurs, dispositifs ferroélectriques et conversion d'énergie. L'objectif principal est de maîtriser finement la nucléation et la croissance anisotrope afin d'obtenir des feuillets de haute pureté cristalline, de morphologie contrôlée et de distribution d'épaisseur homogène.
La stratégie repose sur l'optimisation de la chimie colloïdale à partir de précurseurs d'étain et de chalcogène, en modulant température, nature des ligands, solvants, cinétique de réaction et conditions d'injection. Ces paramètres seront ajustés pour favoriser une croissance bidimensionnelle sélective et limiter la formation de particules tridimensionnelles. L'étude comparative de SnS et SnSe, matériaux isostructuraux mais de chimie différente, permettra d'identifier le rôle du chalcogène dans les mécanismes de formation et dans l'émergence des propriétés ferroélectriques.
Les mécanismes de nucléation et de croissance seront étudiés par des observations in situ en microscopie électronique en cellule liquide (LCEM), offrant un suivi dynamique de la formation des nanosheets. Les matériaux obtenus seront caractérisés par un ensemble de techniques complémentaires : spectroscopie Raman et diffraction des rayons X (XRD) pour identifier les phases cristallines, microscopie à force atomique (AFM) pour mesurer précisément l'épaisseur, microscopie électronique en transmission (MET, HRTEM, STEM-HAADF) et diffraction électronique pour analyser la structure et la morphologie à l'échelle nanométrique, ainsi que spectroscopie EELS ou EDX pour la composition chimique. Des mesures optiques (UV-Vis, photoluminescence) compléteront l'étude des propriétés électroniques. Les propriétés ferroélectriques seront explorées localement par microscopie à force piézoréponse (PFM) et par microscopie électronique à basse énergie (LEEM), afin de cartographier la polarisation spontanée, la structure des domaines ferroélectriques et les mécanismes de commutation en fonction de l'épaisseur. L'ensemble de ces caractérisations permettra d'établir des relations fines entre conditions de synthèse, structure cristalline, dimensions et performances fonctionnelles.
En combinant chimie de synthèse, caractérisations multi-échelles et analyses in situ, ce projet apportera une compréhension fondamentale des processus de formation des chalcogénures d'étain 2D et des liens structure–propriétés. Les connaissances acquises permettront d'optimiser ces matériaux ferroélectriques pour leur intégration dans des dispositifs nanoélectroniques innovants.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

This PhD project aims to develop a controlled colloidal synthesis of ultrathin two-dimensional nanosheets of tin sulfide and tin selenide (SnS and SnSe), with thickness precisely tuned from one to ten atomic layers. These layered van der Waals chalcogenides exhibit emerging electronic, optical, and ferroelectric properties at the nanoscale, offering strong potential for applications in nanoelectronics, sensors, ferroelectric devices, and energy conversion. The main objective is to finely control nucleation and anisotropic growth in order to obtain high-crystallinity nanosheets with well-defined morphology and uniform thickness distribution.

The strategy relies on optimizing colloidal chemistry using tin and chalcogen precursors, by adjusting temperature, ligand nature, solvents, reaction kinetics, and injection conditions. These parameters will be tuned to promote selective two-dimensional growth while limiting the formation of three-dimensional particles. The comparative study of SnS and SnSe, which are isostructural but chemically distinct, will help clarify the role of the chalcogen in growth mechanisms and in the emergence of ferroelectric properties.

Nucleation and growth mechanisms will be investigated through in situ liquid-cell electron microscopy (LCEM), enabling real-time monitoring of nanosheet formation. The synthesized materials will be characterized using complementary techniques: Raman spectroscopy and X-ray diffraction (XRD) to identify crystalline phases; atomic force microscopy (AFM) to accurately measure thickness; transmission electron microscopy (TEM, HRTEM, STEM-HAADF) and electron diffraction to analyze morphology and structure at the nanoscale; and EELS or EDX spectroscopy for chemical composition. Optical measurements (UV–Vis absorption and photoluminescence) will further probe electronic properties.
Ferroelectric properties will be locally investigated by piezoresponse force microscopy (PFM) and low-energy electron microscopy (LEEM) to map spontaneous polarization, ferroelectric domain structures, and switching mechanisms as a function of thickness. Together, these characterizations will establish detailed relationships between synthesis conditions, crystal structure, dimensions, and functional performance.
By combining colloidal synthesis, multiscale characterization, and in situ analysis, this project will provide fundamental insights into the formation mechanisms of 2D tin chalcogenides and into structure–property relationships. The knowledge gained will enable optimization of these ferroelectric materials for integration into next-generation nanoelectronic devices
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Début de la thèse : 01/10/2026
WEB : https://www.monaris.cnrs.fr/2-narcos/

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

Concours pour un contrat doctoral - SU

Sorbonne Université SIS (Sciences, Ingénierie, Santé)

388 Chimie Physique & Chimie Analytique de Paris-Centre

Le projet s'adresse à des candidat(e)s titulaires d'un Master en chimie, chimie physique ou science des matériaux avec une solide formation en chimie des matériaux et en physicochimie. Une expérience ou un intérêt pour la synthèse colloïdale de nanomatériaux sera apprécié ainsi que des compétences en caractérisation structurale et morphologique (spectroscopie Raman, AFM et/ou MET). Le ou la candidat(e) devra faire preuve de rigueur expérimentale, d'autonomie et maitriser l'anglais scientifique requis.
This project is intended for candidates holding a Master's degree in chemistry, physical chemistry, or materials science, with a strong background in materials chemistry and physicochemistry. Experience or interest in the colloidal synthesis of nanomaterials will be appreciated, as well as skills in structural and morphological characterization techniques (Raman spectroscopy, AFM and/or TEM). The candidate is expected to demonstrate experimental rigor, autonomy, and proficiency in scientific English.