La nanostructuration du graphène en points quantiques de graphène 0D (GQD), en nanorubans de graphène 1D ou en nanomésanges 2D permet d’ouvrir une bande interdite dans sa structure électronique
Contact principal : Stéphane Campidelli
Synthèse ascendante de points quantiques de graphène et propriétés optiques
Les propriétés électroniques, optiques et mécaniques exceptionnelles du graphène inspirent fortement la communauté scientifique. L’un des principaux défis pour l’utilisation du graphène dans des dispositifs est le contrôle et la modification de ses propriétés électroniques, et notamment l’ouverture contrôlée d’une bande interdite importante. Lorsqu’un matériau est réduit à des dimensions nanométriques, le confinement induit des propriétés qui dépendent de la taille. La réduction d’une dimension du graphène à l’échelle nanométrique conduit à des nanorubans de graphène (GNR), tandis que la réduction des deux dimensions conduit à des points quantiques de graphène (GQD), tous deux dotés d’une bande interdite. Une grande attention a été accordée à la réduction de la taille du graphène en utilisant des approches descendantes conventionnelles (lithographie et gravure, traitements thermiques et oxydation des matériaux en vrac). Cependant, les approches descendantes ne permettent pas de manipuler la structure du matériau à l’échelle atomique. En particulier, elles ne permettent pas un contrôle suffisant de la morphologie et de l’état d’oxydation des bords, qui ont un impact considérable sur les propriétés. Les matériaux obtenus sont inhomogènes et leurs propriétés sont largement influencées par les défauts. Pour contrôler véritablement, avec le niveau de précision requis, la morphologie et la composition des matériaux et de leurs bords, l’approche ascendante est la voie à suivre.
Pour en savoir plus : Fait-Marquant Iramis 2023 / Nature Communications 2023 / Nature Communications 2018 / Projet BOGART Labex / Projet GANESH ANR
Propriétés optiques des nanotubes de carbone monoparois triés chimiquement
Les nanotubes de carbone monoparois possèdent des propriétés électroniques et optiques exceptionnelles, mais sont malheureusement synthétisés sous la forme d’un mélange polydispersé de nanotubes de longueur, de diamètre et de chiralité différents. Selon leur chiralité, ces SWNT sont soit métalliques, soit semi-conducteurs. Pour les utiliser dans des dispositifs, il est nécessaire d’extraire du mélange les nanotubes ayant les propriétés recherchées. Nous étudions les propriétés optoélectroniques des SWNT aux longueurs d’onde télécom (proche infrarouge), en vue de les intégrer comme sources lumineuses et détecteurs dans des circuits photoniques intégrés sur la plateforme de silicium. En particulier, nous avons développé une méthode hautement sélective pour la séparation en solution de SWNT semi-conducteurs dont la transition optique fondamentale est centrée sur une longueur d’onde de 1550 nm. Ces SWNT sont extraits par adsorption sélective de polymères, puis connectés à des phototransistors directement sur des guides d’ondes en silicium. Nous avons notamment démontré que ces dispositifs combinent des fonctions d’électro-émission et de photodétection.
Pour aller plus loin : Scientific Reports 2018 / Adv. Funct. Mater. 2017 / Projet ANR CARBONIC / Projet FP7 CARTOON
Monocouches, bi- et tri-couches de MoS2 cultivées par CVD au Licsen et observées par microscopie optique en utilisant un substrat anti-reflet (Ullberg et al. 2023)
Contact principal : Vincent Derycke
Synthèse de matériaux 2D et propriétés optoélectroniques
Nos travaux sur les matériaux 2D comprennent la synthèse de MoS2 et d’autres TMDs par CVD, leur intergartion dans des transistors à effet de champ (FET) et des phototransistors (seuls ou combinés avec une étape de post-fonctionnalisation utilisant des NPs de pérovskite), l’étude de techniques de microscopie pour l’observation à haut contraste de leur morphologie et de leur densité de charge.
Nous avons également travaillé intensivement sur la chimie des oxydes de graphène, les méthodes de dépôt et d’observation.
Pour aller plus loin : ACS Nano 2024/Nanoscale 2019 / Thèse de Nathan Ullberg / Nouvelle microscopie optique très haute sensibilité pour l’observation des nanomatériaux bidimensionnels / MoS2 Transistors with Ultrathin and Robust Organic Gate Dielectric
Lumière visible diffractée par différentes périodes lamellaires d’une suspension colloïdale de H3Sb3P2O14 dans l’eau (la plus courte => bleu ; la plus longue => rouge)
© JCP Gabriel, CEA.
Contact principal : Jean-Christophe Gabriel
Matériaux 2D exfoliés pour la purification et l’analyse
Dans notre laboratoire, nous synthétisons et caractérisons des matériaux de basse dimensionnalité (0, 1 et 2D), par tous les moyens nécessaires et disponibles. Ces matériaux peuvent souvent être exfoliés/dispersés en solution, conduisant à des fluides complexes/colloïdaux, présentant une très large gamme de comportements fascinants. En 2001, nous avons découvert la première phase lamellaire basée sur des nanofeuillets 2D étendus, et nous l’avons confirmée récemment.
Grâce au projet ANR 4WATER (2018), nous élaborons de nouveaux réseaux de capteurs chimiques multi-cibles bon marché pour la surveillance continue de la qualité des eaux souterraines. En utilisant une approche microélectronique, les capteurs seront basés sur des nanomatériaux fonctionnalisés et qui cibleront différents ions sélectionnés pour leur pertinence en ce qui concerne la qualité de l’eau douce.
Grâce au projet ANR 2D-MEMBA (2021) : nous intégrons des nanomatériaux pour la fabrication de membranes moins gourmandes en énergie pour la purification de l’eau
