Transport électronique dans les nanotubes de carbone individuels sous conditions extrêmes

Electronic transport in individual carbon nanotubes under extreme conditions

• Auteur / Autrice : Christophe Caillier
• Direction : Anthony Ayari, Alfonso San Miguel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 11/12/2009
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Physique et Astrophysique de Lyon (Lyon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Physique de la Matière Condensée et Nanostructures (Villeurbanne)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Louis Sauvajol
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Marc Broto, David Dunstan
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Vincent Bouchiat, Manuel Nunez-Regueiro

Mots clés

Mots clés contrôlés

Capteurs de pression

Nanotubes

Hystérésis

Diodes à barrière de Schottky

Chiralité

Mots clés libres

Nanotubes de carbone

Chiralité

Transport électronique

Pression

Liaisons fortes

Barrière de Schottky

Résistance inter-feuillet

Hystérésis

Capteurs de pression

Carbon nanotubes

Chirality

Electronic transport

Pressure

Tight-binding

Schottky barrier

Inter-shell resistance

Hysteresis

Pressure sensors

Résumé

Cette thèse a pour objet l'étude des propriétés de transport électronique des nanotubes de carbone soumis à des pressions hydrostatiques de l'ordre du gigapascal. L'originalité de ce travail réside dans le fait d'étudier ces propriétés sur des nanotubes individuels. Ceci permet de simplifier la géométrie du système et de faire apparaître des comportements propres à chaque type de nanotubes. Le cas d'un nanotube multifeuillets composé d'un tube externe à faible bande interdite et d'un tube interne métallique a permis d'observer i) l'évolution sous pression de la barrière de Schottky aux contacts or-nanotube, ii) l'évolution de la résistance inter-feuillet, mettant en évidence une transition associée au changement de section du nanotube, iii) la diminution de l'hystérésis en tension de grille. D'autre part, une étude systématique sur des nanotubes métalliques permet de faire ressortir un comportement général pour le contact or-nanotube sous pression, indépendant de la chiralité du nanotube et du milieu transmetteur de pression. Nombre de ces effets peuvent être utilisés pour des applications électroniques ou électro-mécaniques, tels que des capteurs de pression miniatures et environ dix fois plus sensibles que certains standards actuels. Un modèle simple de calculs par la méthode des liaisons fortes est aussi mis en œuvre afin de prédire l'évolution des propriétés électroniques des nanotubes de carbone sous pression en fonction de leur chiralité. Ce modèle permet de prédire d'autres phénomènes qui pourraient être observés grâce à une étude approfondie et systématique utilisant la méthode expérimentale développée au cours de cette thèse

This thesis focuses on the electronic transport properties of carbon nanotubes under hydrostatic pressures as high as one gigapascal. The originality of this work is the study of these properties on individual nanotubes. This simplifies the geometry of the system and allows studying the behaviour of each type of nanotubes. The case of a multiwalled nanotube made of at least an external semiconducting tube and an internal metallic one led us to observe i) a pressure induced change of the Schottky barrier at the gold-nanotube contacts, ii) a evolution of the intershell resistance, featuring a transition associated to the change of the nanotube cross section, iii) the decrease of the gate voltage hysteresis. Additionally, a systematic study on metallic nanotubes allowed pointing out a general behaviour of the gold-nanotube contact under pressure, which is independent on the nanotube chirality and on the pressure transmitting medium. Many of these effects can be useful to design electronic or electro-mechanical devices, such as miniature pressure sensors that would be about ten times more sensitive than some of today's standards. A simple tight-binding model is also applied to predict the evolution of the carbon nanotube electronic properties under pressure with respect to their chirality. This model allows predicting other phenomena, which could be observed in the context of a deeper and systematic study using the experimental method that was developed in this thesis.