Les progrès récents dans l'étude des matériaux bidimensionnels (2D), en particulier les dichalcogénures de métaux de transition (TMDCs), ont révélé des propriétés remarquables et des applications potentielles. Les TMDCs, tels que le MoS₂ et le MoSe₂, sont connus pour leurs caractéristiques électroniques et optiques uniques, qui peuvent être finement ajustées par exfoliation mécanique et empilement précis en hétérostructures. Des analyses expérimentales et théoriques ont démontré que ces matériaux à gap indirect acquièrent un gap direct au point K de la zone de Brillouin lorsqu’ils sont exfoliés en leur forme de monocouche. Dans cette thèse, nous discutons du développement et de l’optimisation d’une technique de fabrication novatrice utilisant du vernis à ongles, comprenant les processus d’exfoliation, de caractérisation et d’assemblage en hétérostructures de TMDCs encapsulés par du nitrure de bore hexagonal (hBN) en utilisant un tampon de vernis à ongles.
Une grande partie de cette recherche est dédiée à la technique post-fabrication connue sous le nom de repassage par microscopie à force atomique (AFM). Dans le Chapitre 3, nous explorons l’application de cette méthode pour améliorer l’état de surface et l’uniformité des monocouches de TMDC et de leurs hétérostructures. Le processus de repassage AFM réduit efficacement la rugosité de la surface et atténue l’hétérogénéité inter-couche, améliorant ainsi les propriétés optiques des matériaux. Dans notre étude, nous investiguons la physique des excitons dans ces matériaux 2D, en utilisant la spectroscopie de photoluminescence (PL) en régime stationnaire. Les résultats démontrent que le repassage AFM non seulement améliore la qualité structurelle des hétérostructures mais influence également de manière significative les transitions excitoniques, la largeur des raies et les intensités, conduisant à des caractéristiques de photoluminescence améliorées.
Dans le Chapitre 4, cette thèse présente le développement et l’utilisation d’une sonde de magnéto-transmission dédiée à l’étude des flocons. Cet appareil expérimental novateur, synchronisé avec une bobine résistive et un système cryogénique, permet l’étude précise des propriétés électroniques des hétérostructures TMDC sous différents champs magnétiques. Ces mesures fournissent des informations cruciales sur le comportement optique des matériaux 2D en réalisant une preuve de concept sur le plomb iodure de phénéthylammonium 2D (PEPI).
Grâce à une combinaison de techniques expérimentales, incluant la caractérisation AFM et la spectroscopie optique, cette étude offre des aperçus complets sur les propriétés fondamentales et les applications potentielles des hétérostructures TMDC. Les résultats permettent une meilleure compréhension des matériaux 2D et ouvrent la voie à leur utilisation dans des dispositifs nanoélectroniques et optoélectroniques avancés. |
Recent progress in the study of two-dimensional (2D) materials, particularly transition metal dichalcogenides (TMDCs), has unveiled remarkable properties and potential applications. TMDCs, such as MoS2 and MoSe2, are noted for their unique electronic and optical characteristics, which can be finely tuned by mechanical exfoliation and precise stacking into heterostructures. Experimental and theoretical analyses have demonstrated that these indirect gap materials, when exfoliated into their monolayer form, acquire a direct gap at the K point of the Brillouin zone. In this thesis, we discuss the development and optimization of a novel fabrication technique using nail polish, which includes the processes of exfoliation, characterization, and assembly into heterostructures of TMDCs encapsulated by hexagonal boron nitride (hBN) using a nail polish stamp.
A major part of this research is dedicated to the post-fabrication technique known as atomic force microscopy (AFM) ironing. In Chapter 3, we explore the application of this method to improve the flatness and uniformity of TMDC monolayers and their heterostructures. The AFM ironing process effectively reduces surface roughness and mitigates interlayer inhomogeneity, thereby improving the optical properties of the materials. In our study, we investigate the excitonic physics in these 2D materials, employing steady-state photoluminescence (PL) spectroscopy. The results demonstrate that AFM ironing not only enhances the structural quality of the heterostructures but also significantly influences the excitonic transitions, linewidth, and intensities, leading to improved photoluminescence characteristics.
In Chapter 4, the thesis introduces the development and utilization of a flake probe for magneto-transmission measurements. This novel experimental setup, synchronized with resistive coils and cryostat systems, enables the precise study of the electronic properties of the TMDC heterostructures under varying magnetic fields. These measurements provide critical insights into the optical behavior of 2D materials by doing a proof of concept on 2D phenethylammonium lead iodide (PEPI).
Through a combination of experimental techniques, including AFM characterization and optical spectroscopy, this research provides comprehensive insights into the fundamental properties and potential applications of TMDC heterostructures. The findings contribute to the broader understanding of 2D materials and pave the way for their use in advanced nanoelectronic and optoelectronic devices. |