Les matériaux bidimensionnels (2D) sont des cristaux d'un ou de quelques atomes d'épaisseur présentant une grande stabilité et des propriétés physiques régies par un confinement quantique extrême. Avec sa structure cristalline unique, le Graphène présente une pléthore de phénomènes électroniques non conventionnels, dont l'exploration a été récompensée par le prix Nobel de physique 2010. Il fait partie d'une grande famille de matériaux 2D : l'un de ses cousins, le nitrure de bore hexagonal (h-BN), partage le même réseau cristallin mais présente des propriétés différentes. Par exemple, il s'agit d'un semi-conducteur à large bande interdite qui peut servir de matériau hyperbolique dans l'infrarouge et qui présente des défauts utiles pour la conception de sources de lumière quantiques. En outre, il s'avère être le matériau idéal pour encapsuler des matériaux 2D plus fragiles. Cela permet de préserver leurs propriétés et de construire des matériaux artificiels multifonctionnels constitués d'empilements de matériaux 2D.
Malgré ces attributs, le développement à grande échelle du h-BN 2D se heurte à un défi de taille : il est encore difficile de contrôler son épaisseur et sa qualité structurale à grande échelle. Une solution à ce problème consiste à contrôler finement la synthèse du matériau, c'est-à-dire à assembler les blocs de construction atomiques un par un et à faire croître le plus grand monocristal possible. Pour ce faire, la méthode la plus prometteuse est le dépôt chimique en phase vapeur (CVD), dans lequel un contrôle fin des conditions expérimentales via la température et les pressions de vapeur des précurseurs est nécessaire. Nous avons récemment réussi à faire croître par CVD du Graphène de la plus haute qualité et sur de grandes surfaces, en utilisant du métal liquide plutôt que solide comme substrat et catalyseur de la décomposition des précurseurs. Cela a été rendu possible par un suivi fin de la croissance, réalisé en temps réel, et in situ, à l'aide de trois techniques complémentaires (microscopie optique, spectrométrie Raman, diffraction des rayons X synchrotron), permis par notre réacteur prototype, et un retour d'information en temps réel sur les paramètres de croissance (voir https://lmcat.eu et Jankowski et al, ACS Nano 2021, 15, 9638-9648).
Dans ce travail, nous proposons d'appliquer la même approche à la croissance de h-BN. En conséquence, nous nous attendons à une amélioration très significative de la qualité structurale et de la taille du matériau 2D synthétisé.
Au-delà de la physique unique de la croissance 2D au cœur de la thèse de doctorat, le travail se connecte avec nos collaborateurs locaux, d'une part en abordant les propriétés optiques exceptionnelles du matériau et d'autre part en utilisant le h-BN produit pour construire des empilements 2D aux propriétés bien améliorées.

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