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Shashank Mathur

Croissance et structure à l'échelle atomique d'un nouveau matériau cristallin bidimensionnel à base de silicium et d'oxygène

Publié le 16 septembre 2016


Thèse soutenue le 16 septembre 2016 pour obtenir le grade de docteur de la Communauté Université Grenoble Alpes - Spécialité : Physique de Matière Condensé et Rayonnement

Résumé :
L'oxyde de silicium est un composé très largement abondant qui existe sous différentes phases, cristallines ou amorphes, qui se présentent sous la forme de structures poreuses ou de films minces. Il s'agit d'un diélectrique traditionnel pour la microélectronique et d'un support de choix pour des nanoparticules dans des systèmes catalytiques. Sa structure, amorphe ou tridimensionnelle et complexe, rend difficile la compréhension des propriétés jusqu'aux échelles les plus élémentaires. Les films utra-minces épitaxiés, parfois nommés « silice bidimensionelle » se prêtent au contraire à des caractérisations fines de la structure et des propriétés. Cette thèse avait pour objectif de préparer une telle phase d'oxide de silicium. A l'aide de sondes de sciences des surfaces, la microscopie à effet tunnel (STM), la diffraction d'électrons rapides en réflexion (RHEED), dont les analyses ont été confrontées aux résultats de calculs en théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT), la structure de cette phase à pu être résolue jusqu'à l'échelle atomique. Nous avons mis en évidence l'arrangement hexagonal de tétraèdres de [SiO4], chimisorbés sur la surface (0001) du ruthénium en des sites spécifiques. Une phase d'oxygène diluée, reconstruite sur le Ru(0001), a été observée, qui coexiste avec l'oxyde de silicium. La croissance de l'oxyde de silicium, a également été étudiée, par un suivi in operando, en temps réel pendant la croissance, par RHEED. Une évolution marquée de taille de domaines et/ou de l'accumulation et de la relaxation de déformations a été observée alors que l'oxyde de silicium cristallise. Un mécanisme de croissance a été proposé sur la base de ces observations, selon lequel les espèces chimiques à la surface se réorganisent par des déplacements latéraux élémentaires. Ce mécanisme s'accompagne de la formation, inévitable, de lignes de défauts uni-dimensionnelles, dont la structure a été déterminée à l'échelle atomique par STM.

Jury :
Président : Denis Buttard
Rapporteur : Pierre Müller
Rapporteur : Florian Banhart
Examinateur : Muriel Sicot
Directeur de thèse : Johann Coraux
Co-directeur de thèse : Pascal Pochet

Mots clés :
Science des surfaces, Matériaux bidimensionnels, Graphène, Oxyde de silicium ultra-Mince

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