Physique des systèmes de basse dimensionnalité

Objectifs scientifiques

  • Synthétiser de nouveaux matériaux 2D et des structures hybrides à base de ces matériaux.
  • Ajuster ou modifier leurs propriétés électroniques en fonctionnalisant ces matériaux 2D.
  • Etudier et contrôler les processus d’auto-assemblage supramoléculaires pour réaliser des monocristaux 2D ou 3D, étudier leurs propriétés physiques afin de fonctionnaliser d’autres matériaux en vue d’applications dans le solaire organique.
  • Etudier la croissance ainsi que les propriétés électroniques d’hétérostructures à base de métaux ferromagnétiques et de composés semiconducteurs organiques ou inorganiques.

Les membres

Dominique AUBEL
Maître de conférences
CV

Jean-Luc BISCHOFF
Professeur
CV

Jean-Luc BUBENDORFF
Maître de conférences
CV

Marion CRANNEY
Chargée de recherche
CV

Didier DENTEL
Maître de conférences
CV

Emmanuel DENYS
Assistant ingénieur
CV

Michaël DERIVAZ
Maître de conférences
CV

Alban FLORENTIN
Assistant ingénieur
CV

Guillaume GARREAU
Maître de conférences
Co-animateur
CV

Samar HAJJAR-GARREAU
Ingénieure d’études
CV

Ahmed MEHDAOUI
Maître de conférences
CV

Carmelo PIRRI
Professeur
CV

Laurent SIMON
Directeur de Recherche
Co-animateur
CV

François VONAU
Maître de conférences
CV

Patrick WETZEL
Professeur
CV

Thèmes de recherche

Croissance et fonctionnalisation de graphène – Ingénierie de structure de bandes

D. Aubel, S. Hajjar-Garreau, M. Cranney, E. Denys, A. Florentin, F. Vonau et L. Simon*

*Contact : laurent.simon@uha.fr

Nous explorons les différentes possibilités de modifier les propriétés électroniques de couches de graphene et réalisons des héterostructures 2D à base de graphene/MoS2 sur différents substrats. Dans cette approche pluridisciplinaire, nous avons étudié le greffage covalent de molécules, l’interaction avec des couches organiques auto-assemblées susceptibles de modifier le niveau de Fermi par transfert de charge, par la création de défauts fonctionnalisés et également pas l’intercalation de différents éléments, métaux nobles et autres. Nous utilisons l’épitaxie par jets moléculaire sous UHV, l’évaporation de molécules par sublimation, en phase liquide par l’utilisation de vanne ultra-rapide et (en cours de développement) par l’utilisation d’ un électro-spray. Ces enceintes UHV de dépôt sont connectées à un microscope LT-STM pouvant fonctionner à basse température (jusqu’à 4K) connecté à une chambre d’analyse XPS-ARPES avec un analyseur d’électron Scienta R3000 et une source UV et des sources X monochromatisées. Ainsi la nature physico-chimique et la structure de bande (propriétés électroniques) peuvent être systématiquement étudiées.

Reprinted with permission from Daukiya, L. ; Mattioli, C. ; Aubel, D. ; Hajjar-Garreau, S. ; Vonau, F. ; Denys, E. ; Reiter, G. ; Fransson, J. ; Bocquet, M.-L. ; Bena, C. ; Gourdon, A. ; Simon, L. Covalent Functionalization by Cycloaddition Reactions of Pristine Defect-Free Graphene. ACS Nano, 2017, 11, 627-634. Copyright 2017 American Chemical Society.

Publications :
L. Daukiya, C. Mattioli, D. Aubel, S. Hajjar-Garreau, F. Vonau , E. Denys, G. Reiter, J. Fransson, E. Perrin, M.-L. Bocquet, C. Bena, A. Gourdon, and L. Simon ACS Nano 11 (1), pp 627–634 (2017) DOI : 10.1021/acsnano.6b06913
Nair, M. Narayanan, M. Cranney, T. Jiang, S. Hajjar-Garreau, D. Aubel, D. Aubel, F. Vonau, A. Florentin, E. Denys, M.-L Bocquet and L. Simon Phys. Rev. B 94 (2016) 075427
Hu Li, Lakshya Daukiya, Soumyajyoti Haldar, Andreas Lindblad,Biplab Sanyal, Olle Eriksson, Dominique Aubel, Samar Hajjar-Garreau, Laurent Simon and Klaus Leifer Nature scientific report, 6 (2016), 19719.
Yu-Pu Lin, Y. Ksari, D. Aubel, S. Hajjar-Garreau, G. Borvon, Y. Spiegel, L. Roux, L. Simon and J.M. Themlin Carbon 100 (2016) 337.
F. M. N. Nair, M. Cranney, F. Vonau, D. Aubel, P. Le Fèvre, A. Tejeda, F. Bertran, A. Taleb-Ibrahimi and L. Simon Phys. Rev B 85 (2012) 245421.

Synthèse et étude des propriétés physiques d’assemblages et monocristaux supramoléculaires 2D et 3D à base de molécules pi-conjuguées.

F. Vonau, D. Aubel, M. Cranney, J.-L. Bubendorff, L. Simon*

*Contact : laurent.simon@uha.fr

Nous cherchons à comprendre comment la conformation d’une molécule influence les processus d’assemblages à l’échelle de la molécule et l’organisation d’objets supramoléculaires qui peuvent être des fils (1D), des tapis de molécules (2D) ou des monocristaux supramoléculaires (3D) dont les dimensions vont de quelques centaines de nm jusqu’au mm. La structuration de l’échelle moléculaire à l’échelle mésoscopique de nos objets conduit à des propriétés optiques et électroniques nouvelles que nous exploitons dans des design du type OFET ou pour réaliser des cellules solaires organiques en collaboration avec des équipes internationales (Albert-Ludwig Universität et Fraunhofer Institute for SolarEnergy à Freiburg, ICUBE à Strasbourg).
Ainsi, un nouveau processus d’auto-assemblage de molécules pi-conjuguées sur du graphène a été mis en évidence par STM/STS : il permet une délocalisation de charges le long de fils supramoléculaires 1D. Grâce à ce processus, la croissance de monocristaux supramoléculaire de taille mésoscopique a pu être réalisé avec ce type de molécules permettant d’étudier les propriétés de transport par C-AFM et les propriétés optiques.

Reprinted with permission from Shokri, R. ; Lacour, M.-A. ; Jarrosson, T. ; Lère-Porte, J.-P. ; Serein-Spirau, F. ; Miqueu, K. ; Sotiropoulos, J.-M. ; Vonau, F. ; Aubel, D. ; Cranney, M. ; Reiter, G. ; Simon, L. Generating Long Supramolecular Pathways with a Continuous Density of States by Physically Linking Conjugated Molecules via Their End Groups. J. Am. Chem. Soc., 2013, 135, 5693-5698. Copyright 2013 American Chemical Society.

Publications :
Wurfel, U., Sebastian Mackowskissler, M., Unmassig, M., Hofmann, N., List, M., Mankel, E., Mayer, T., Reiter, G., Bubendorff, J.-L., Simon, L. and Kohlstadt, M.   Adv. Energy Mater. 2016, 6, 1600594.DOI 10.1002/aenm.201600594
S. Motamen, C. Schörner, D. Raithel, J.-P. Malval, T. Jarrosson, F. Serein-Spirau, L. Simon, R. Hildner, G. Reiter PCCP 2017 19  15980
S. Motamen, D. Raithel, R. Hildner, K. Rahimi, T. Jarrosson, F. Serein-Spirau, L. Simon, and G. Reiter, ACS Photonics 2016  3, 2315 DOI : 1598010.1021/acsphotonics.6b00473
W. Hourani, K. Rahimi, I. Botiz, F. P. V. Koch, G. Reiter, P. Lienerth, T. Heiser, J.-L. Bubendorff and L. Simon, Nanoscale 2014, 6, 4774 (2014) DOI : 10.1039/c3nr05858a
F. Vonau, R. Shokri, D. Aubel, L. Bouteiller, O.A. Guskova, J.-U. Sommer, G. Reiter and L. Simon Nanoscale 2014, 6, 8250
R. Shokri, M.-A. Lacour, T. Jarrosson, J.-P. Lère-Porte, F. Serein-Spirau, K. Miqueu, J.-M. Sotiropoulos, F. Vonau, D. Aubel, M. Cranney, G. Reiter, and L. Simon, JACS 2013 135(15), 5693-5698  DOI : 10.1021/ja311964b

Croissance et structure électronique de cristaux bidimensionnels à base de Si et de Ge

D. Dentel, M. Derivaz, A. Mehdaoui, R. Stephan, M.-C. Hanf, Ph. Sonnet, C. Pirri*

*Contact : carmelo.pirri@uha.fr

La première couche continue et parfaitement homogène de germanène a été synthétisée et caractérisée sous ultra-haut-vide. Ce film bidimensionnel, formé d’un seul plan atomique de Germanium ordonné en nid d’abeilles, a été déposé sur un substrat d’aluminium. Nous étudions la structure électronique de la couche de germanène, ainsi que ses interactions avec le substrat, et en particulier les modifications de sa structure atomique induites par l’action de la pointe d’un microscope à effet tunnel.

Publications :
M. Derivaz, D. Dentel, R. Stephan, M.-C. Hanf, A. Mehdaoui, P. Sonnet, C. Pirri Nano Lett., 15(4), 2510-2516 (2015) DOI :10.1021/acs.nanolett.5b00085
R. Stephan, M.C. Hanf, M. Derivaz, D. Dentel, M.C. Asensio, J. Avila, A. Mehdaoui, P. Sonnet, C. Pirri J. Phys. Chem. C, 120 (3), 1580-1585 (2016) DOI :10.1021/acs.jpcc.5b10307
R. Stephan, M. Derivaz, M.C. Hanf, D. Dentel, N. Massara, A. Mehdaoui, Ph. Sonnet, C. Pirri J. Phys. Chem. Lett. , 8 (18), 4587-4593 (2017)DOI : 10.1021/acs.jpclett.7b02137

Croissance et magnétisme d’hétérostructures Fe-Ge / Ge / Fe-Ge monocristallines

S. Hajjar-Garreau, P. Wetzel, E. Denys, A. Mehdaoui, C. Pirri, D. Berling, et G. Garreau*

*Contact : guillaume.garreau@uha.fr

Synthèse d’un empilement monocristallin constitué de couches ferromagnétiques séparées par un espaceur de germanium de structure diamant. Grâce à l’utilisation d’un surfactant, l’hydrogène sous flux atomique, ces couches monocristallines présentent des propriétés remarquables tant au niveau de leur structure cristallographique que de leurs propriétés magnétiques.

 

Publications :
Maafa, I., Hajjar-Garreau, S., Jaafar, R., Berling, D., Pirri, C., Mehdaoui, A., Denys, E., Florentin, A. and Garreau, G.  Journal of Physics-condensed Matter 2013 25, 256007 DOI : 10.1088/0953-8984/25/25/256007

Croissance de couches organiques semiconductrices ou isolantes sur métaux ferromagnétiques

G. Garreau*, S. Hajjar-Garreau, P. Wetzel

*Contact : guillaume.garreau@uha.fr

Combinée à des mesures de photoémission résolue en spin réalisées par des collègues de l’IPCMS, l’analyse détaillée des premiers stades de la croissance de molécules organiques semiconductrices (a-C, phthalocyanines) ou isolantes (pentacontane) sur des couches ferromagnétiques de cobalt a permis de mettre en évidence la présence, sur ces molécules, d’états d’interface fortement polarisés en spin situés juste en dessous du niveau de Fermi.

Publications :
Djeghloul, F., Garreau, G., Gruber, M., Joly, L., Boukari, S., Arabski, J., Bulou, H., Scheurer, F., Hallal, A., Bertran, F., Le Fevre, P., Taleb-Ibrahimi, A., Wulfhekel, W., Beaurepaire, E., Hajjar-Garreau, S., Wetzel, P., Bowen, M. and Weber, W. Carbon 2015, 87, 269 DOI : 10.1016/j.carbon.2015.02.043
Djeghloul, F., Gruber, M., Urbain, E., Xenioti, D., Joly, L., Boukari, S., Arabski, J., Bulou, H., Scheurer, F., Bertran, F., Le Fevre, P., Taleb-Ibrahimi, A., Wulfhekel, W., Garreau, G., Hajjar-Garreau, S., Wetzel, P., Alouani, M., Beaurepaire, E., Bowen, M. and Weber, W. 2016 J. Phys. Chem. Lett.  7, 2310. DOI : 10.1021/acs.jpclett.6b01112

Equipements spécifiques

Ensembles ultra-haut vide équipés de multiples techniques d’analyse de surface complémentaires – Microscopie à effet Tunnel (STM), Photoémission (XPS, UPS, ARPES), Diffraction (LEED et XPD) – et associés à différents types de dépôt, inorganique ou organique, afin de réaliser des études structurales et de spectroscopie électronique à l’échelle locale et globale.

AFM ex-situ, conductive AFM et SKPFM ainsi que le STM en milieu liquide.

Principales collaborations

Université Albert Ludwig à Freiburg (Allemagne)

Laboratoire Angström Université d’Uppsala (Suède)

CEMES Toulouse (France)

ENS-Paris département de Chimie (France)

Institut de Physique Théorique (Saclay, France)

Fraunhofer Institute for Solar Energy (Allemagne)

IPCMS Strasbourg (France)

Synchrotron SOLEIL (France)

Université d’Oran (Algérie)

CINAM Marseille (France)

Institut des Nanosciences de Paris (France)

Université de Tanger (Maroc)

ICGM montpellier