Description du sujet de thèse

Le progrès récent dans le contrôle de l'empilement de feuillets d'épaisseur atomique dans les hétérostructures van der Waals ont ouvert de nouvelles voies pour manipuler les propriétés électroniques par des super-réseaux de moiré, c'est-à-dire par des paysages de potentiels périodiques de grande longueur d'onde. Dans les matériaux bidimensionnels, un super-réseau de moiré, formé en empilant verticalement deux matériaux en couches avec un désalignement angulaire (angle dit de « twist ») et/ou une différence de constante de réseau, modifie généralement la structure de bande électronique et peut générer des bandes plates dans lesquelles les interactions entre électrons deviennent l'échelle énergétique dominante et conduisent à des phases électroniques émergentes. Jusqu'à récemment, des phases corrélées émergeant de bandes plates isolées n'étaient réalisées que dans un empilement à base de graphène twisté. Leur découverte dans les homo- et hétéro-bicouches de dichalcogénures de métaux de transition twistés (TMD) offre la perspective fascinante supplémentaire d'une plate-forme à l'état solide dans laquelle de nombreux états corrélés peuvent être réalisés. Bien que ces deux dernières années des études sur les systèmes de moiré TMD à base de semiconducteurs aient révélé de nouveaux phénomènes entraînés par de fortes interactions coulombiennes telles que l'état isolant de Mott, les états cristallins de Wigner, l'antiferromagnétisme et le ferromagnétisme de pseudospin, la physique des TMD twistés en est à ses balbutiements et de nombreux états exotiques de la matière restent à découvrir.

Ce projet de thèse vise à explorer et exploiter les structures de bandes électroniques des hétérostructures TMD générées soit par twists, soit par intercalation in-situ d'atomes alcalins induisant des effets de déformation du réseau cristallin. La/Le doctorant·e sera fortement impliqué·e dans le développement de stratégies d'élaboration d'échantillons sur un système de transfert récemment acquis (société hq graphène), destiné à prélever sélectivement de grandes sections de monofeuillets de TMD, à les faire tourner et à les transférer avec un contrôle inférieur au degré des angles de twist. Étant donné que certains TMD exfoliés ont tendance à se dégrader lorsqu'ils sont exposés à l'air, ce système de transfert, entièrement motorisé, sera installé dans une boîte à gants et contrôlé de l'extérieur à l'aide d'un ordinateur. Un élément important du projet de thèse sera également l'utilisation de la spectroscopie de photoémission résolue en angle (ARPES) pour accéder aux structures de bandes électroniques des hétérostructures TMD sous différents dopages. Dans ce contexte, la/le doctorant·e participera à un développement expérimental innovant à l'IPR consacré à l'ARPES basse température utilisant une source UV monochromatisée micro-focalisée. En parallèle, des demandes régulières de temps de faisceaux sur synchrotron seront déposées afin de cibler efficacement les questions scientifiques qui nécessitent des installations uniquement disponibles sur grands instruments telles que des polarisations et énergies de photons variables.

Contexte de travail

Cette thèse s'inscrit dans le cadre d'un projet ANR dont le financement est acquis. La/le candidat·e bénéficiera d'un environnement expérimental unique combinant des environnements de croissance d'échantillons et de spectroscopies de photoémission permettant d'élaborer et de caractériser les matériaux en laboratoire. Une forte interaction avec les théoriciens locaux offrira également la possibilité d'effectuer des calculs ab-initio de structures électroniques et de fonctions spectrales dans le cadre de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) et de la diffusion multiple.

Contraintes et risques

Aucune