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Etude de dispositifs électroniques à base de nanomatériaux semiconducteurs bidimensionnels

Spécialité

Physique des matériaux

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

30-04-2019

Durée

5 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

DERYCKE Vincent
+33 1 69 08 55 65

Résumé/Summary

Le stage a pour objectifs de synthétiser des monocouches atomiques de MoS2 (un matériau semiconducteur bidimensionnel) et d'étudier les propriétés électroniques de ces nano-objets en les intégrant dans des transistors

Sujet détaillé/Full description

Le stage s'intègre dans un projet de recherche qui associe une équipe du GeePs (Centrale-Supelec) et le laboratoire LICSEN du CEA à Saclay. Le projet global, financé par le Labex Nano-Saclay, vise à étudier les propriétés électroniques de nanomatériaux semiconducteurs bidimensionnels (typiquement des monocouches de MoS2) en couplant des mesures électriques sur des micro/nano-dispositifs à leur observation par des techniques d'analyse en champ proche électrique dérivées de la microscopie à force atomique.

Dans ce contexte, l'étudiant recruté au CEA-Saclay/LICSEN aura pour missions de:
1. Synthétiser des matériaux bidimensionnels par CVD en contribuant à améliorer un protocole déjà opérationnel
2. Caractériser en détails les matériaux synthétisés (AFM, MEB, XPS, BALM, etc.)
3. Les intégrer dans dispositifs de type transistors à effet de champ en utilisant des techniques de micro-fabrication (lithographie électronique notamment)
4. Etudier les performances électriques de ces dispositifs

Les transistors seront fabriqués en respectant les contraintes des autres axes du projet. En particulier, ils seront adaptés aux études en champ proche électrique par KFM (Kelvin Force Microscopy) réalisées au GeePs (pas par le stagiaire).

Le stagiaire de Master 2 participera à tous les aspects du projet. Il sera ainsi amené à présenter ses résultats aux réunions d'avancement et à renforcer les différents aspects de son profil (étude bibliographique, travail expérimental, analyse, reporting, etc.). Des compétences au niveau master dans au moins un des domaines suivants seront indispensables: physique des semiconducteurs, caractérisation de nanomatériaux, méthodes de fabrication de nano-dispositifs, mesures électriques de précision, ainsi bien sûr qu'un très haut niveau de motivation.

Informations complémentaires et candidatures: vincent.derycke@cea.fr

Mots clés/Keywords

Nanosciences, nanodispositifs, MoS2, AFM/KFM, transistors, CVD

Compétences/Skills

CVD, AFM, MEB, XPS, lithographie optique et électronique, mesures électriques
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Fonctionnalisation des nanotubes de carbone et du graphène pour l’électronique organique et l'électrocatalyse
Functionalization of carbon nanotubes and graphene for organic electronic and energy applications

Spécialité

Chimie organique

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

04-03-2019

Durée

5 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

CAMPIDELLI Stéphane
+33 1 69 08 51 34/23 77

Résumé/Summary

Le but de ce projet est de développer des nouvelles méthodes de fonctionnalisation des nanomatériaux carbonés comme les nanotubes de carbone et le graphène en vue de faire émerger des applications en électronique et pour les nouvelles énergies (electrocatalyse, opto-electronique, spintronique, etc...)
The aim of this project is to develop new methods of functionalization of carbon nanomaterials such as carbon nanotubes and graphene to bring out applications in electronics and new energy (electrocatalysis, optoelectronic, spintronic, etc ...)

Sujet détaillé/Full description

Le but de ce projet est de développer des nouvelles méthodes de fonctionnalisation des nanomatériaux carbonés (nanotubes de carbone et graphène) possédant à la fois les avantages des méthodes covalentes (stabilité des assemblages, facilité de purification et de manipulation) et celles des méthodes non-covalentes (conservation intacte du système π-conjugué des nanotubes/du graphène) sans les inconvénients respectifs de ces deux méthodes.
Les propriétés physiques et physico-chimiques exceptionnelles des nanotubes de carbone et du graphène en font des matériaux prometteurs pour la réalisation de matériaux composites, de dispositifs électroniques et de capteurs, pour la réalisation de cellules photovoltaïques et pour des applications biomédicales. L’un des problèmes majeurs quant à l’utilisation de ces nanomatériaux carbonés est leur très faible solubilité en milieu aqueux ou dans les solvants organiques, ce qui rend extrêmement délicat leur manipulation. Dans le but double de résoudre ce problème et d’introduire de nouvelles fonctionnalités à la surface de ces matériaux, deux méthodes de fonctionnalisation chimique ont été largement étudiées dans la littérature :
1. La fonctionnalisation covalente du squelette de carbones π-conjugué des nanotubes ou du graphène via des réactions chimiques.[1,2]
2. La fonctionnalisation non covalente basée sur l’adsorption de composés polyaromatiques ou de surfactants via des interactions de type « π-stacking » ou hydrophobes.[3-5]
Chacune de ces méthodes est efficace et leur utilisation dépend de l’application finale visée. La fonctionnalisation covalente est efficace pour rendre les nanotubes solubles dans le solvant de son choix (en fonction des groupements chimiques introduits) et/ou pour introduire de manière stable de nouvelles fonctions à leur surface. Récemment, nous avons développé une méthode de fonctionnalisation basée sur la polymérisation en micelle. Cette méthode combine les avantages des méthodes de fonctionnalisation covalente et non-covalente sans leurs inconvénients respectifs.[6,7]
L’intérêt de ce projet va bien au-delà de la simple fonctionnalisation de nano-objets : d’un point de vu fondamental, ces travaux vont permette d’étudier la façon dont les molécules interagissent et se déposent à la surface des nanomatériaux. Le contrôle de ces propriétés peut permettre de maximiser certaines interactions et favoriser, par exemple, le tri des nanotubes de carbone en fonction de leur chiralité. D’un point de vu plus applicatif et en fonction des matériaux qui vont interagir avec les nanotubes/graphène des applications dans le domaine du photovoltaïque, de la catalyse,[7] de l’électronique et la spintronique moléculaire[8] sont visés.
Pour ce projet le/la candidat(e) devra posséder une solide formation en chimie organique. Le projet sera réalisé en collaboration avec des physiciens ; le/la candidat(e) doit également avoir un gout prononcé pour le travail multidisciplinaire.

Postuler par e-mail, CV et lettre de motivation à :
stephane.campidelli@cea.fr

Références :
[1] P. Singh, S. Campidelli, S. Giordani, D. Bonifazi, A. Bianco and M. Prato, Chem. Soc. Rev., 2009, 38, 2214.
[2] G. Clavé and S. Campidelli, Chem. Sci., 2011, 2, 1887.
[3] N. Nakashima, Y. Tomonari and H. Murakami, Chem. Lett., 2002, 638.
[4] D. A. Britz and A. N. Khlobystov, Chem. Soc. Rev., 2006, 35, 637.
[5] Y.-L. Zhao and J. F. Stoddart, Acc. Chem. Res., 2009, 42, 1161.
[6] G. Clavé, G. Delport, C. Roquelet, J.-S. Lauret, E. Deleporte, F. Vialla, B. Langlois, R. Parret, C. Voisin, P. Roussignol, B. Jousselme, A. Gloter, O. Stephan, A. Filoramo, V. Derycke and S. Campidelli, Chem. Mater., 2013, 25, 2700.
[7] I. Hijazi, T. Bourgeteau, R. Cornut, A. Morozan, A. Filoramo, J. Leroy, V. Derycke, B. Jousselme and S. Campidelli, J. Am. Chem. Soc., 2014, 136, 6348.
[8] C. Li, K. Komatsu, S. Bertrand, G. Clavé, S. Campidelli, A. Filoramo, S. Guéron and H. Bouchiat, Phys. Rev. B, 2016, 93, 045403.

Compétences/Skills

RMN, spectrometrie de masse, microscopie électronique (MEB, TEM), microscopie à force atomique (AFM).
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Synthèse et propriétés optiques de nanoparticules de graphène
Synthesis and optical properties of graphene nanoparticles

Spécialité

Chimie organique

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

04-03-2019

Durée

5 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

CAMPIDELLI Stéphane
+33 1 69 08 51 34/23 77

Résumé/Summary

Le terme graphène regroupe toute une famille de matériau. Dans ce projet, nous proposons de construire par des méthodes synthèses organiques des nanoparticules de graphène qui ont un intérêt fondamental pour la photoluminescence, par exemple, et qui peuvent servir de brique de base pour la réalisation de graphène de synthèse.

Sujet détaillé/Full description

Le graphène est un matériau bidimensionnel issu, à l'origine, du graphite. Depuis sa découverte qui a valu le Prix Nobel de Physique à Geim et Novoselov en 2010, le graphène a provoqué l'engouement de la communauté scientifique. Le graphène possède des propriétés optiques, électroniques et mécaniques exceptionnelles qui en font un matériau de choix pour de très nombreuses applications : électronique/optoélectronique rapide et flexible, électrode ou matériau actif dans le domaine des énergies renouvelables (photovoltaïque, fuel cells) ou pour les composites.
De nos jours le terme graphène regroupe toute une famille de matériau : graphène obtenu par exfoliation du graphite, graphène produit par "Chemical Vapor Deposition" (croissance sur un catalyseur à partir de la décomposition d'un dérivé carboné), oxyde de graphène ou nanoparticules et rubans de graphène synthétisé grâce à des procédés de chimie organique. Ces matériaux possèdent des propriétés légèrement différentes et le matériau choisi dépendra de l'application finale.
Le LICSEN (CEA-Saclay) a débuté une collaboration avec le Laboratoire Aimé Cotton (LAC) (ENS Paris-Saclay - Université Paris-Sud) qui visait à étudier les propriétés optiques des particules de graphène synthétisées via l’approche « bottom-up ». La synthèse des motifs graphéniques est basée sur la condensation de molécules polyaromatiques.[1;2] Les nanoparticules de graphène se sont avérées très prometteuses car nous avons pu observer l’émission de photons uniques à température ambiante.[3] Au cours de ce stage de Master, nous proposons de synthétiser d’autres familles de nanoparticules de graphène et d'étudier leurs propriétés optiques ainsi que les relations structures/propriétés.
Ce stage demande une formation de chimiste organicien. Le stage s'effectuera au LICSEN. Le/la candidate devra avoir un gout prononcé pour le travail interdisciplinaire et aimer relever des défis.

Postuler par e-mail, CV et lettre de motivation à :
stephane.campidelli@cea.fr

Références:
[1.] Z. Tomovic, M. D. Watson, K. Müllen, Angew.Chem., Int.Ed. 2004, 43, 755-758.
[2.] A. Narita, X. Y. Wang, X. Feng, K. Müllen, Chem.Soc.Rev. 2015, 44, 6616-6643.
[3.] S. Zhao, J. Lavie, L. Rondin, L. Orcin-Chaix, C. Diederichs, P. Roussignol, Y. Chassagneux, C. Voisin, K. Müllen, A. Narita, S. Campidelli, J.-S. Lauret, Nat.Commun. 2018, 9, 3470.

Compétences/Skills

Synthèse organique, RMN, spectrométrie de masse.

 

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