Two dimensional materials, nanoparticles and their heterostructures for nanoelectronics and spintronics

Matériaux bidimensionnels, nanoparticules et leurs hétérostructures pour la nanoélectronique et l’électronique de spin

• Auteur / Autrice : Louis Donald Mouafo Notemgnou
• Direction : Jean-François Dayen
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Nanophysique
• Date : Soutenance le 04/03/2019
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de physique et chimie des matériaux (Strasbourg)
• Jury : Président / Présidente : Bernard Doudin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anne Bernand-Mantel, Xavier Jehl, Laurent Simon
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Luis Hueso, Dominique Vuillaume

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transistors à effet de champ

Propriétés physico-chimiques

Graphène

Forces de Van der Waals

Nanocristaux semiconducteurs

Mots clés libres

Transport de charge

Transistor à effet de champ

Nanoparticule coeur-coquille

Blocage de Coulomb

Transistor à électron unique

Effet magnéto-Coulomb

Transport de spin

Graphène

Dichalcogénures de métaux de transition

Hétérostructures de van der Waals

Magnétisme

Magnétorésistance

Pérovskites

Charge transport

Field effect transistor

Core-shell nanoparticle

Coulomb blockade

Single electron transistor

Magneto-Coulomb effect

Spin transport

Graphene

Transition metal dichalcogenide

Van der Waals heterostructures

Magnetism

Magnetoresistance

Perovskites

Résumé

Cette thèse porte sur l’étude du transport de charge et de spin dans les nanostructures 0D, 2D et les hétérostructures 2D-0D de Van der Waals (h-VdW). Les nanocristaux pérovskite de La0.67Sr0.33MnO3 ont révélé des magnétorésistances (MR) exceptionnelles à basse température résultant de l’aimantation de leur coquille indépendamment du coeur ferromagnétique. Les transistors à effet de champ à base de MoSe2 ont permis d’élucider les mécanismes d’injection de charge à l’interface metal/semiconducteur 2D. Une méthode de fabrication des h-VdW adaptés à l’électronique à un électron est rapportée et basée sur la croissance d’amas d’Al auto-organisés à la surface du graphene et du MoS2. La transparence des matériaux 2D au champ électrique permet de moduler efficacement l’état électrique des amas par la tension de grille arrière donnant lieu aux fonctionnalités de logique à un électron. Les dispositifs à base de graphene présentent des MR attribuées aux effets magnéto-Coulomb anisotropiques.

This thesis investigates the charge and spin transport processes in 0D, 2D nanostructures and 2D-0D Van der Waals heterostructures (VdWh). The La0.67Sr0.33MnO3 perovskite nanocrystals reveal exceptional magnetoresistances (MR) at low temperature driven by their paramagnetic shell magnetization independently of their ferromagnetic core. A detailed study of MoSe2 field effect transistors enables to elucidate a complete map of the charge injection mechanisms at the metal/MoSe2 interface. An alternative approach is reported for fabricating 2D-0D VdWh suitable for single electron electronics involving the growth of self-assembled Al nanoclusters over the graphene and MoS2 surfaces. The transparency the 2D materials to the vertical electric field enables efficient modulation of the electric state of the supported Al clusters resulting to single electron logic functionalities. The devices consisting of graphene exhibit MR attributed to the magneto-Coulomb effect.