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Univ. Paris-Saclay

Sujet de stage / Master 2 Internship

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Fonctionnalisation optique du graphène par auto-assemblage de molécules organiques

Spécialité : PHYSIQUE / Physique de la matière condensée

Contact : CHARRA Fabrice,
e-Mail : fabrice.charra@cea.fr,   Tel : +33 1 69 08 97 22/19 76
Laboratoire : SPEC/LEPO

Stage pouvant se poursuivre en thèse : Oui
Durée du stage : 0-6 mois
Date limite de constitution de dossier : 12/04/2021

Résumé :
L’objectif du stage est d’explorer les possibilités offertes par l’auto-assemblage de molécules organiques pour la réalisation d’hétérostructures de matériaux 2D basées sur le graphène, en vue d’applications en photonique.

Sujet détaillé :
Les matériaux 2D tels que le graphène présentent des propriétés originales. Les empilements de feuillets 2D différents, appelés hétérostructures de van-der-Waals, attirent particulièrement l’attention en vue d’applications innovantes en électronique et en photonique. Malheureusement le nombre de matériaux 2D susceptibles d’être mis en œuvre est actuellement très limité et ne permet pas d’aller au-delà de démonstrations de principe. Le stage s’inscrit dans le cadre d’un projet de recherche collaboratif entre équipes de physiciens (CEA Saclay, Institut Néel Grenoble) et de chimistes (laboratoire international 2D-FUEL, CNRS et Université Yonsei, Seoul, Corée) visant à introduire des matériaux 2D variés et aux propriétés ajustables constitués d’un feuillet de graphène sur lequel est adsorbé un réseau organisé de molécules organiques. Nous nous intéresserons plus particulièrement aux propriétés photoniques d’hétérostructures de van-der-Waals basées sur ces systèmes. Le stage se basera sur des premiers résultats publiés récemments par les partenaires du projet : N. Kalashnyk et al., Functional hybrid multilayered van derWaals heterostructures from graphene and self-assembled supramolecular 2D crystals. 2d Materials 6, (2019) https://doi.org/10.1088/2053-1583/ab2ba7 ; N. Kalashnyk et al., Electronic effects of the Bernal stacking of graphite on self-assembled aromatic adsorbates. Chemical Communications 54, 9607-9610 (2018) https://doi.org/10.1039/C8CC05806G ; A. St John et al., Computer modeling of 2D supramolecular nanoporous monolayers self-assembled on graphite. Nanoscale 11, 21284-21290 (2019) https://doi.org/10.1039/C9NR05710B .
Les travaux de stage consisteront à la réalisation des structures (transfert de feuillets de graphène, fonctionnalisation par auto-assemblage en solution ou par dépôt sous vide), à la caractérisation structurale (microscopies à sondes locales STM, AFM) et optique (microspectroscopie d’absorption, de luminescence, diffusion Raman).
L’équipe d’accueil est le groupe Nanophotonique du SPEC/LEPO (http://iramis.cea.fr/spec/LEPO/). Pour les besoins de ses recherches, le groupe a développé un savoir-faire important dans le couplage de mesures optiques avec des microscopies à sondes locales. L’équipe dispose ainsi de plusieurs bancs expérimentaux de ce type, fonctionnant à l’air ou sous ultravide. Le stagiaire sera aussi amené à participer aux discussions avec les partenaires du projet pour développer les techniques de réalisation des hétérostructures et participer au design des molécules organiques.
Techniques utilisées au cours du stage :
Manipulation de matériaux 2D (transfert par voie humide), auto-assemblage moléculaire en solution, dépôt sous vide, microscopies à sondes locales (STM, AFM), microspectroscopie d’absorption, de luminescence, diffusion Raman.

Mots clés : Matériaux 2D, matériaux organiques, auto-assemblage, nanosciences, nanotechnologies, photonique, microscopies à sondes locales

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