Croissance de TMD par MBE et plus
Du fait de leurs propriétés physiques remarquables, les dichalcogénures de métaux de transition (TMD)
font partie des matériaux 2D les plus étudiés après le graphène. Cependant, la qualité cristalline et la pureté
des couches de TMD épitaxiées restent des verrous majeurs pour le développement à grande échelle.
Depuis 2021, le CRHEA travaille sur la croissance épitaxiale de TMD sur un réacteur Riber MBE 32P reconverti pour les
matériaux 2D. Ce réacteur équipé d’un canon à électron pour l’évaporation des métaux de transition et d’une ligne de gaz
H2S a permis à l'équipe 2D+ de commencer à développer la croissance de couches de sulfures de métaux de transition 2D
sur différents types de substrats (2D ou 3D) tels que le saphir, le SiC, les nitrures et le Gr/SiC. Par exemple, sur
GaN/saphir, le CRHEA a fait croître des domaines triangulaires d’une épaisseur d'une monocouche (~0,7 nm) avec deux orientations
épitaxiales différentes (0°, 60°) et une signature Raman caractéristique de MoS2 (A1g et E12g).
L’équipe travaille sur l’optimisation des conditions de croissance pour contrôler la nucléation et la coalescence
afin de former des monocouches de hautes qualités sur des substrats de grandes surfaces.
Le CRHEA est impliqué dans plusieurs projets (Nanofutur, PEPR ADICT), ce qui qui va lui permettre de renforcer son activité
sur les matériaux 2D et d’acquérir un nouveau réacteur MBE connecté, via une boîte à gants, à un réacteur CVD à injection
de précurseur liquide (DLI).
Ce cluster, unique au niveau national et très peu répandu dans le monde, permettra d’élaborer des matériaux et des nanostructures
2D innovants. Grâce à ce cluster de croissance, le choix de constituants pour élaborer les 2D ne sera pas limité seulement aux
TMD mais s’élargira à d’autres matériaux 2D. Cela offrira une excellente plate-forme MBE-CVD pour la réalisation d’hétérostructures
de matériaux 2D originales.
Moyens de croissance Réacteur MBE Riber 32P utilisé pour la croissance de MoS2 et WS2
Cluster de croissance
Réacteur MBE couplé à un réacteur CDV-DLI via une boîte à gants (installation en cours)
Responsables : Mohamed Al Khalfioui (MCF) et Minh-Tuan Dau (MCF)
Mohamed Al Khalfioui :
- 2003, thèse au CEM2* : microstructures thermoélectriques élaborées par évaporation flash et applications aux micro-capteurs thermiques
- ATER au GREYC : développement d’un banc de caractérisation bolométrique
- 2005, MCF au CRHEA : croissance MBE de GINA, nitrures de terres rares et matériaux 2D
aujourd’hui IES
Quelques publications :
- Enhanced Sm spin projection in GdxSm1−xN, J. D. Miller et al., Phys. Rev. B, 106, 174432 (2022)
- Epitaxial Zn3N2 thin films by molecular beam epitaxy: Structural, electrical and optical properties,
P. John et al, J. Appl. Phys., 130, 065104, (2021)
- UVB LEDs Grown by Molecular Beam Epitaxy Using AlGaN Quantum Dots, J. Brault et al., Crystals, 10, 1097 (2020)
- Role of In in hydrogenation of N-related complexes in GaInNAs, T.Mou et al., ACS Appl. Electron. Mater., 1, 461 (2019)
Minh-Tuan Dau :
- 2011, thèse au CINaM : croissance par MBE, caractérisations structurales et magnétiques des couches minces ferromagnétiques Mn5Ge3, Ge1-xMnx
- contrat chercheur CINaM : croissance par MBE, CVD de Ge contraint et fortement dopé ; caractérisations structurales et électriques
- post-doc au PDI : croissance par MBE, propriétés structurales, thermoélectriques et transport de spin dans les alliages de Heusler
- ingénieur-chercheur au CEA : épitaxie van der Waals de disélénures de métaux de transition (matériaux 2D) ; caractérisations de Raman,
caractérisations électriques et magnéto-transport ; pompage de spin par résonance ferromagnétique dans les matériaux 2D <
- 2021, MCF au CRHEA : épitaxie par MBE et CVD de matériaux 2D ; caractérisations structurales, spectroscopiques et électriques ;
utilisation de machine learning en sciences des matériaux 2D
Quelques publications :
- Beyond van der Waals interaction: the case of MoSe2 epitaxially grown on few-layer graphene, M. T. Dau et al., ACS Nano 12, 2319 (2018)
- The valley Nernst effect in WSe2, M. T. Dau et al., Nat. Commun. 10, 5796 (2019)
- Synthesis of epitaxial monolayer Janus SPtSe, R. Sant et al., NPJ 2D Mater. Appl. 4, 41 (2020)
- The search for manganese incorporation in MoSe2 monolayer epitaxially grown on graphene , M. Gay et al., C. R. Phys. 22, 5 (2021)
- Descriptor engineering in machine learning regression of electronic structure properties for 2D materials, M. T. Dau et al., Sci. Rep. 13, 5426 (2023)
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