Séminaire Fellows USIAS : Comment jouer d’un tambour d’épaisseur atomique ?
Par Stéphane Berciaud (Fellow 2015)
Au cours des 15 dernières années, une intense activité de recherche s’est créée autour de la science des matériaux dits bidimensionnels (2D). Ces systèmes constituent une boîte à outils unique, composée de briques élémentaires épaisses seulement d’un ou de quelques atomes. La cohésion des matériaux 2D dans leur plan est assurée par de robustes liaisons chimiques, alors qu’hors de leur plan, ces feuillets s’empilent grâce à des interactions électrostatiques bien plus faibles, appelées forces de van der Waals. Le graphène (un monofeuillet de graphite, un matériau 3D bien connu), le nitrure de bore et les dichalcogénures de métaux de transition (par exemple, le disulfure de molybdène, MoS2) sont actuellement les membres les plus populaires de la famille des matériaux 2D.
Les matériaux 2D possèdent des propriétés électroniques remarquables et interagissent fortement avec la lumière, par exemple issue d’une source laser. Ces atouts sont particulièrement prometteurs pour des applications en opto-électronique (photodétecteurs, cellules photovoltaïques, ...). En outre, les matériaux 2D sont des systèmes nano-mécaniques légers et très sensibles à leur environnement, pouvant être finement contrôlés électriquement et optiquement, comme l’illustre le schéma n°1.
Au cours de ce séminaire, Stéphane Berciaud présentera quelques propriétés fondamentales des matériaux 2D, en s’attardant particulièrement sur le cas du graphène. Il expliquera ensuite comment fabriquer des membranes suspendues de graphène, véritables peaux de tambour épaisses d’un seul atome ! Enfin, il passera en revue les principaux résultats de son projet de recherche USIAS, qui a permis d’explorer les interactions entre les vibrations macroscopiques de ces membranes de graphène et leurs degrés de liberté microscopiques, électroniques et vibrationnels intrinsèques. Ces derniers sont étudiés à l’aide d’une technique optique nommée spectroscopie Raman, qui sera également présentée.
Ce travail a été financé par la bourse USIAS GOLEM (2015), et réalisé en collaboration avec X. Zhang, K. Makles, D. Metten, H. Majjad et P. Verlot (co-fellow USIAS)
Légende : (Gauche) Structure cristalline d’une sélection matériaux bidimensionnels, grahène (Gr), nitrure de bore (BN), dichalcogénures de métaux de transition (TMD). (Milieu) Schéma d’un dispositif opto-électro-mécanique réalisé à partir d’une membrane 2D suspendue. (Droite) Déplacement d'une membrane de graphène monocouche en fonction de la fréquence d’actuation. La mise en mouvement est effectuée par couplage électrostatique. (Données : Xin Zhang et al., IPCMS).
