Thèse soutenue le 21 décembre 2022 pour obtenir le grade de docteur de la Communauté Université Grenoble Alpes - Spécialité : Physique de la Matière Condensée et du Rayonnement

Résumé :
Superposer deux couches de graphène l’une sur l’autre avec une rotation donne lieu à la formation d’un moiré. Ce moiré conserve la dispersion linéaire des porteurs de charge mais leur vitesse de Fermi est renormalisée. Celle-ci s’annule même pour un angle dit magique, donnant lieu à un nouveau type de localisation des électrons, induite par le moiré. Cette dernière donne lieu à la formation de phases fortement corrélées telles que la phase supraconductrice découverte récemment et qui a soulevé un grand intérêt dans la communauté de la matière condensée.
Dans cette thèse, on s’intéresse à l’effet de l’empilement relatif entre les couches sur les propriétés électroniques du système. En utilisant des données de microscopie et spectroscopie à effet tunnel, on montre que les déformations relatives entre les couches, nommées hétérodéformations, contrôlent la physique des bicouches de graphène tournées d’un angle proche de l’angle magique. L’arrangement exact entre les couches, comprenant les hétérodéformations, est suffisant pour expliquer la variabilité des propriétés électroniques observées expérimentalement d’un échantillon à l’autre.
A plus petit angles encore, il est nécessaire de prendre en compte les déformations locales liées à la relaxation du système à l’échelle atomique. On s’intéresse à un nouveau type moiré dans les bicouches de graphène relaxées, induit par les hétérodéformations biaxiales et dans lequel se développe un mode de relaxation particulier que l’on nomme tourbillon.
Enfin, dans le but d’utiliser les déformations comme une sonde, on présente la fabrication et les tests d’une cellule de déformation compatible avec un STM qui opère à température ambiante ou cryogénique. Un tel appareil peut être utilisé sur toute une variété de matériaux, dont les bicouches de graphène tournées.

Jury :
Présidente : Laurence Magaud
Rapporteur : Joseph A. Stroscio
Rapporteur : Mikhail Katnelson
Examinatrice : Rebeca Ribeiro Palau
Examinateur : Clemens Winkelmann
Examinateur : Jérôme Lagoute
Directeur de thèse : Vincent Renard
Co-directeur de thèse : Claude Chapelier

Mots clés :
Bicouches de graphene, moiré, angle magique, hétérodéformations, Microscopie à effet tunnel

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