Stage de Niveau M1 Dans l’équipe Nanophysique et Surfaces
Au-delà de leur rôle clef dans les nanotechnologies (diodes lasers, affichages, dispositifs de communications, etc.), les couches minces représentent également un champ de recherche fondamental particulièrement riche. En effet, la réduction de la dimension d’un solide (ici l’épaisseur) peut parfois révéler des propriétés remarquables, différentes de celle du matériau en volume. Cependant, ces propriétés dépendent de manière très sensible de la morphologie (phase cristalline, alignement par rapport au substrat, portée de l’ordre cristallin, rugosité, etc.), cette dernière dépendant elle-même fortement de la méthode ainsi que des paramètres du dépôt. Pour d’une part contrôler la croissance de ces couches minces et d’autre part mieux comprendre la dynamique d’organisation de la matière à l’échelle atomique, nous avons développé une technique originale exploitant le caractère ondulatoire d’atomes d’hélium d’énergie autour du keV et opérant en temps réel. La diffusion cohérente (régime quantique) de ces atomes sur une couche cristalline en cours de croissance fournit, au travers du diagramme de diffraction, une information riche et fine sur la dynamique d’organisation et la structure de la couche. Cette technique, baptisée GIFAD pour Grazing Incidence Fast Atom Diffraction, est compatible avec tout type de matériaux, y compris les plus fragiles, grâce à la douceur de l’interaction He-surface en incidence rasante.
Le sujet de stage portera sur l’élaboration de couches minces de pérovskites hybrides organique/inorganique. Ces matériaux, aux propriétés optoélectroniques remarquables, trouvent des applications en particulier dans le photovoltaïque. L’objectif du projet est de comprendre la dynamique de croissance de ces matériaux sous ultra-vide, puis d’en optimiser la qualité structurale en jouant sur les paramètre de dépôt. Pour illustration, la figure ci-dessous montre l’évolution temporel du digramme de diffraction GIFAD lorsque le composant organique (MAI = CH3NH3I) est d’abord déposé sous forme d’une monocouche sur un monocristal d’argent, suivi de la co-évaporation des deux composants (le PbI2 est la partie inorganique). L’évolution rapide de l’intensité des ordres de diffraction (traces horizontales), au tout début de l’évaporation simultanée de MAI et PbI2, signe une transition de phase complexe impliquant un mouvement concerté des atomes de surface.
Le (la) candidat(e), avec une forte aptitude expérimentale, participera de manière active aux expériences et aura vocation à devenir autonome sur l’ensemble du dispositif ultra-vide. Selon le profil du (de la) candidat(e), une activité de simulation numérique pourrait être envisagée afin de déterminer la structure associée aux digrammes de diffraction GFAD. Les candidats souhaitant poursuivre en thèse seront avantageusement considérés.
Location: Institut des Sciences Moléculaires d’Orsay (ISMO), Bât. 520, Université Paris-Saclay, Orsay
Contact : Hocine Khemliche ; 33 (0)1 69 15 75 49 (or 44 79)