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Fabien Jean

Étude de la croissance et de la structure du graphène sur métal et croissance de nanostructures auto-organisées au dessus

Publié le 16 juillet 2015


Thèse soutenue le 16 juillet 2015 pour obtenir le grade de docteur de Grenoble - Spécialité : Nanophysque

Résumé :
Le graphène, une monocouche de graphite, est composé d'atomes de carbone avec une structure en nid d'abeilles. Ses propriétés exceptionnelles ont attiré un intérêt mondial, dont le Prix Nobel de Physique en 2010. Le graphène épitaxié sur métal à rapidement été identifié comme un moyen de production de graphène de haute qualité de taille métrique, et est le sujet d'intenses activités de recherche en sciences de surface pour caractériser ses propriétés. En outre, ces études concernent aussi des systèmes plus complexes avec pour base le graphène, par exemple les réseaux ordonnés de nanoparticules à sa surface. Tout cela a mené à l'étude de la croissance, de la structure et des défauts du graphène épitaxié avec un grande variété de techniques expériementales, tel que la microscopie par effet tunnel, spectroscopie par photo-émission résolue en angle ou encore la microscopie électronique à basse énergie. Ce travail de recherche se concentre sur le graphène obtenu par croissance sur la surface (111) d'un monocristal d'iridium dans des conditions d'ultra vide et étudié avec plusieurs techniques de mesure par diffraction (diffraction de surface des rayons X, diffraction des rayons X en incidence rasante, réflectivité des rayons X et diffraction des électrons à haute énergie en réflexion). Ces expériences ont été faites au synchrotron européen ESRF à Grenoble, en France. La première partie de cette étude a été de déterminer la structure du graphène à l'échelle atomique. Le système montre une tendance à la commensurabilité, mais sa structure précise dépend fortement des conditions de préparation et de la température appliqué au système. En outre, en combinant des techniques de diffraction à haute résolution, une caractérisation précise de la structure, qui fait débat dans la littérature, est dévoilée. Le système étudié présente aussi une surperstructure, typique du graphène épitaxié, nommé moiré pour ses similarités avec l'effet optique du même nom. Celle-ci est utilisée comme gabarit pour faire croître des nanoparticules monodisperses à la surface en réseau auto-organisé. Durant cette étude, trois types de nanoparticules ont été examinés, des particules de platine de deux tailles différentes et des particules composées de platine et de cobalt. Ces systèmes hybrides présentent un fort degré d'organisation, partiellement hérité de la superstructure du moiré. Les nanoparticules forme une interaction forte avec leur support et elles subissent des contraintes de surface causées par leurs petites tailles. Par ailleurs, les nanoparticules de platine-cobalt, dont la croissance est en deux étapes, gardent une structure en couche et non une structure d'alliage métallique.

Jury :
Président : Yves Garreau
Rapporteur : Marie-Laure Bocquets
Rapporteur :  Guillaume Saint-Girons
Examinateur :  Bruno Gilles
Sous la direction de Gilles Renaud et de Johann Coraux

Mots clés :
Graphène, Synchrotron, Croissance, Structure, Auto-organisation, Imagerie en champ proche

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