Description

Ce projet de thèse vise à développer une synthèse colloïdale contrôlée de nanosheets bidimensionnelles ultrafines de sulfure et de séléniure d’étain (SnS et SnSe), avec une épaisseur ajustable de une à dix couches atomiques. Ces chalcogénures lamellaires, de structure van der Waals, présentent des propriétés électroniques, optiques et ferroélectriques émergentes à l’échelle nanométrique, offrant un fort potentiel pour des applications en nanoélectronique, capteurs, dispositifs ferroélectriques et conversion d’énergie. L’objectif principal est de maîtriser finement la nucléation et la croissance anisotrope afin d’obtenir des feuillets de haute pureté cristalline, de morphologie contrôlée et de distribution d’épaisseur homogène.
La stratégie repose sur l’optimisation de la chimie colloïdale à partir de précurseurs d’étain et de chalcogène, en modulant température, nature des ligands, solvants, cinétique de réaction et conditions d’injection. Ces paramètres seront ajustés pour favoriser une croissance bidimensionnelle sélective et limiter la formation de particules tridimensionnelles. L’étude comparative de SnS et SnSe, matériaux isostructuraux mais de chimie différente, permettra d’identifier le rôle du chalcogène dans les mécanismes de formation et dans l’émergence des propriétés ferroélectriques.
Les mécanismes de nucléation et de croissance seront étudiés par des observations in situ en microscopie électronique en cellule liquide (LCEM), offrant un suivi dynamique de la formation des nanosheets. Les matériaux obtenus seront caractérisés par un ensemble de techniques complémentaires : spectroscopie Raman et diffraction des rayons X (XRD) pour identifier les phases cristallines, microscopie à force atomique (AFM) pour mesurer précisément l’épaisseur, microscopie électronique en transmission (MET, HRTEM, STEM-HAADF) et diffraction électronique pour analyser la structure et la morphologie à l’échelle nanométrique, ainsi que spectroscopie EELS ou EDX pour la composition chimique. Des mesures optiques (UV-Vis, photoluminescence) compléteront l’étude des propriétés électroniques. Les propriétés ferroélectriques seront explorées localement par microscopie à force piézoréponse (PFM) et par microscopie électronique à basse énergie (LEEM), afin de cartographier la polarisation spontanée, la structure des domaines ferroélectriques et les mécanismes de commutation en fonction de l’épaisseur. L’ensemble de ces caractérisations permettra d’établir des relations fines entre conditions de synthèse, structure cristalline, dimensions et performances fonctionnelles.
En combinant chimie de synthèse, caractérisations multi-échelles et analyses in situ, ce projet apportera une compréhension fondamentale des processus de formation des chalcogénures d’étain 2D et des liens structure–propriétés. Les connaissances acquises permettront d’optimiser ces matériaux ferroélectriques pour leur intégration dans des dispositifs nanoélectroniques innovants.

Compétences requises

Le projet s’adresse à des candidat(e)s titulaires d’un Master en chimie, chimie physique ou science des matériaux avec une solide formation en chimie des matériaux et en physicochimie. Une expérience ou un intérêt pour la synthèse colloïdale de nanomatériaux sera apprécié ainsi que des compétences en caractérisation structurale et morphologique (spectroscopie Raman, AFM et/ou MET). Le ou la candidat(e) devra faire preuve de rigueur expérimentale, d’autonomie et maitriser l’anglais scientifique requis.

Bibliographie

Références bibliographiques (maximum 10 références).

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(7) GDR NINO « Nanostructures inorganiques par chimie en solution »

Mots clés

synthèse colloidale, 2D nanosheets, matériaux ferroélectriques, Nanomateriaux, Microscopies à sonde locale, spectroscopie optique