Dynamique ultrarapide des dichalcogénures de métaux de transition

Ultrafast dynamics of transition metal dichalcogenides

• Auteur / Autrice : Pierre Nonnon
• Direction : Maria-christine Richter
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique - Cergy
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2023
• Etablissement(s) : CY Cergy Paris Université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LPMS - Laboratoire de physique des matériaux et des surfaces

Mots clés

Mots clés libres

Dynamique Utrarapide

Spéctroscopie de photoémission

Dichalcogénures de métaux de transition

Ultrafast dynamics

Photemission spectroscopy

Dichalcogénures de métaux de transition

Résumé

Le sujet de la thèse portera sur l'étude des dichalcogénures de métaux de transition fonctionnels (TMDC) dans le domaine temporel ultra-rapide (femtoseconde et attoseconde). Les TMDC sont des systèmes quasi-bidimensionnels qui ont suscité un immense intérêt en raison de leur couplage complexe entre les degrés de liberté du spin, de l'orbite, de la vallée et de la couche. Dans le but de les exploiter dans des applications électroniques et spintroniques, il est nécessaire non seulement de comprendre leurs propriétés électroniques, mais aussi de caractériser leur réponse dynamique et d'ingénier leur fonctionnalité. Afin d'obtenir des propriétés telles que le passage d'une bande interdite indirecte à une bande interdite directe, une transition de phase métal-isolant, la supraconductivité, la protection topologique et le magnétisme, il est nécessaire d'explorer différentes voies : le dopage, la réduction de la dimensionnalité, l'application d'une contrainte mécanique ou la torsion de différentes couches atomiques empilées. Le candidat au doctorat effectuera principalement ses recherches au sein des installations Attolab à Saclay, sur deux faisceaux de pointe dédiés à la spectroscopie ultra-rapide des solides dans l'extrême ultraviolet. Une combinaison unique de puissantes spectroscopies sera disponible pour nos investigations, à savoir la spectroscopie photoélectronique résolue en spin et en temps, l'absorption transitoire, la réflectivité et le dichroïsme magnétique. À l'aide de ces techniques, le candidat au doctorat caractérisera la dynamique ultra-rapide des TMDC, des premières attosecondes à plusieurs picosecondes, explorant les différentes voies pour atteindre la fonctionnalité. Il rejoindra une équipe composée d'experts en sources laser ultra-rapides et en spectroscopie de la matière condensée, bénéficiant d'un soutien théorique (calculs de photoémission en une étape par le groupe de Jan Minar, Centre de Nouvelles Technologies de Plzen, République tchèque) et réalisant régulièrement des expériences dans des installations à grande échelle (SOLEIL, SLS, ELETTRA, FERMI, ARTEMIS, DIAMOND, MAX4, SOLARIS).

The subject of the thesis will be the study of functional transition metal dichalcogenides (TMDCs) in the ultrafast (femtosecond and attosecond) time domain. TMDCs are quasi-bidimensional systems that have attracted enormous interest due to their intricate coupling between the spin, orbit, valley and layer degrees of freedom. With the aim of exploiting them in electronics and spintronics applications, one not only needs to understand their electronic properties, but also to characterize their dynamical response and to engineer their functionality. In order to achieve properties such as indirect to direct bandgap, metal-insulator phase transition, superconductivity, topological protection, magnetism, one needs to explore different routes: doping, reducing dimensionality, applying mechanical strain or twisting different stacked atomic layers. The PhD candidate will conduct their research mainly at the Attolab facility in Saclay on two state-of-the-art beamlines dedicated to ultrafast spectroscopy of solids in the extreme ultraviolet. A unique combination of powerful spectroscopies will be available for our investigations, namely, spin- and time-resolved photoemission spectroscopy, transient absorption, reflectivity, and magnetic dichroism. By means of these techniques, the PhD candidate will characterize the ultrafast dynamics of TMDCs, from the first attoseconds to several picoseconds, exploring the different routes to achieve functionality. They will join a team that comprises experts both of ultrafast laser sources and of condensed matter spectroscopy, which benefits of theoretical support (one-step photoemission calculations by the group of Jan Minar, New Technology Center of Plzen, Czech Republic), and regularly performs experiments in large scale facilities (SOLEIL, SLS, ELETTRA, FERMI, ARTEMIS, DIAMOND, MAX4, SOLARIS).