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Synthèse et propriétés de monocristaux, de poudres, films minces ou hétérostructures

Etudes à l'interface avec la matière biologique

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Soutenance de thèse d'Athanasios GKOUNTARAS

Publié le 15 février 2022
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Soutenance 28 mars 2022
14h - Amphi M001, Bâtiment M, rdc
Grenoble INP Phelma-Minatec
Grenoble INP - Phelma
3 parvis Louis Néel - 38000 Grenoble
Accès : TRAM B arrêt Cité internationale
Free entrance - No registration

Dispositifs electroniques bi-dimensionnels fabriques à partir de MAX-enes

Athanasios GKOUNTARAS

Athanasios GKOUNTARAS



Mots-clés:


Exfoliation mécanique, flocons de MAX-enes, caractérisation de surface, caractérisation électrique, propriétés électroniques





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Résumé


L'isolation du graphène par exfoliation mécanique a montré que les matériaux massifs nano-lamellaires liés par de faibles liaisons inter-plans peuvent être convertis en leurs dérivés bidimensionnels par une technique simple. À ce jour, l'exfoliation mécanique a été appliquée avec succès à divers matériaux lamellaires avec des interactions inter-plans de type van der Waals, tels que le nitrure de bore hexagonal (h-BN) et les di-chalcogénures de métaux de transition (TMDC).

Une autre classe de composés nanolamellaires appelés phases MAX, où M est un métal de transition des premières colonnes, A appartient aux colonnes 13-16 du tableau périodique et X est C ou N, a suscité un intérêt général car ils combinent des propriétés intéressantes mais ordinairement rattachées soit aux seules céramiques, soit aux seuls métaux. Leur structure se caractérise néanmoins par des liaisons inter-plans (métalliques) plus fortes que des interactions de type van der Waals. Depuis 2011, date à laquelle les premiers matériaux 2D dérivés, appelés MXenes, ont été produits par gravure chimique à partir des composés MAX précurseurs, aucune autre technique d’exfoliation n'avait été démontrée.

Dans cette thèse, nous présentons une méthode d’exfoliation mécanique des phases MAX, jusqu'à des épaisseurs de quelques couches atomiques. Alors qu'un tel procédé a été initialement développé pour les composés de type « van der Waals », les fortes liaisons inter-plans dans les phases MAX sont a priori défavorables. Notre étude s'est focalisée sur les phases Cr2AlC, V2AlC, Ti2SnC et la phase Mo4Ce4Al7C3, pour lesquelles nous avons démontré que des adaptations du procédé développé pour la conversion graphite/graphène conduisent à des résultats remarquables : des feuillets de grandes dimensions latérales et d'épaisseur homogène jusqu'à quelques couches atomiques ont pu être isolés. L'isolation de feuillets épais de quelques monocouches sur des substrats SiO2/Si a permis la caractérisation de leur surface et de leurs propriétés électriques. En outre, des mesures par microscopie à force atomique (AFM) et par microscopie à effet tunnel (STM) de la surface de monocristaux de Cr2AlC clivés dans des conditions d’ultra-vide révèlent que des groupes d'atomes Al se forment sur la surface clivée. Les microscopies à force électrostatique et à sonde Kelvin (EFM et KPFM) fournissent la preuve que les feuillets sont métalliques jusqu'à l'épaisseur d'une demi-maille de la structure initiale. La même conclusion est tirée de mesures de résistivité en fonction de la température et des courbes courant–tension.

Enfin, une étude cinétique de la conversion de phase MAX en MXene, basée sur la gravure par acide fluorhydrique (HF) d'une structure bien définie et composée de piliers monocristallins de V2AlC, montre que la pénétration de HF a lieu au niveau des facettes perpendiculaires aux plans ab du monocristal.
 

Membres du jury/ Jury members :
 

Professeur

Benoît HACKENS

Université Catholique de Louvain, Louvain-la-neuve, Belgique

Rapporteur

Professeure

Catherine JOURNET

Université Lyon 1, Villeurbanne, France

Rapporteure

Professeur

Thierry CABIOCH

Université de Poitiers, France

Examinateur

Professeur

Hubert RENEVIER

LMGP, Université Grenoble-Alpes, Grenoble, France

Examinateur

Professeur

Thierry OUISSE

LMGP, Université Grenoble-Alpes, Grenoble, France

Directeur de thèse

Directeur de recherche

Johann CORAUX

Institut Néel, Université Grenoble-Alpes, Grenoble, France

Co-directeur de thèse


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mise à jour le 15 février 2022

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