Nouveaux allotropes de phosphorene induits par contraintes : propriétés structurelles et électroniques

Stress-induced new phosphorene allotropes: structural and electronic properties

• Auteur / Autrice : Ian-Evan Michel
• Direction : Yannick Dappe
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique
• Date : Inscription en doctorat le 15/01/2024
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ondes et matière (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : CEA/SPEC - Service de Physique de l'Etat Condensé
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : GMT - Groupe Modélisation et Théorie
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay

Mots clés

Mots clés libres

Phosphorène

Allotropes

Simulation

Dft

Contraintes

Vicinale

Phosphorene

Allotropes

Simulation

Dft

Stress

Vicinal

Résumé

L'objectif de ce projet est de découvrir de nouvelles phases de phosphorene avec des propriétés d'intérêt, en collaboration avec des expériences réalisées au MPQ. L'élément clef ici est d'utiliser les surfaces vicinales d'or comme guides, avec leurs différentes caractéristiques cristallographiques, pour y évaporer les atomes de phosphore afin de former différentes phases de phosphorene. Ces surfaces d'or vont permettre de modifier la contrainte à l'interface du phosphore et grâce à la différence de paramètre de réseau conjuguée à un choix judicieux de la périodicité des marches qui module spatialement la densité d'états, vont nous permettre de sélectionner différents allotropes et donc de moduler leurs propriétés électroniques. Dans ce travail, nous proposons d'étudier théoriquement, en utilisant la Théorie de la Fonctionnelle de la Densité (DFT), les conséquences du couplage entre la contrainte induite par le substrat et les défauts de ces nouveaux allotropes sur leurs propriétés électroniques, d'une part, et la stabilité face a l'oxydation, d'autre part. Nous allons considérer différents allotropes de phosphorene, en fonction des structures optimisées sur les surfaces vicinales, et étudier les modifications des propriétés locales induites par les défauts intrinsèques ou générés tels que les lacunes, joints de grain, fonctionnalisation atomique ou oxydation. Ces résultats théoriques seront comparés aux mesures expérimentales en STM et ARPES à travers la simulation d'images STM et les calculs de structures de bandes, et seront également prédictifs, pour servir de guide afin de définir des expériences de croissance spécifique sur des surfaces vicinales.

The goal of this project is to discover new phosphorene phases with properties of interest in collaboration with experiments performed at MPQ. The key element here is the use of templates, vicinal gold surfaces, with different crystallographic characteristics, where phosphorus atoms will be evaporated and form different phosphorene phases. These gold surfaces allow to modify the interfacial stress of phosphorus and thanks to the misfit together with a judicious choice of the step periodicities which modulate spatially the density of states, will conduct to select various allotropes and so to vary their electronic properties. In this work, we propose to study theoretically, using Density Functional Theory (DFT), the consequences of the coupling between the stress induced by the substrate and the defects of those new allotropes on their electronic properties, on one side, and their stabilities against oxidation, on the other side. We will consider several phosphorene allotropes according to their optimized structures on vicinal substrates and study the modifications of the local properties induced by intrinsic or generated defects such as vacancies, grain boundaries, atomic functionalization or oxidation. These theoretical results will be compared to experimental measurements using STM and ARPES through STM images simulations and bandstructure calculations and will also be predictive, serving as a guide to define specific growth experiments on vicinal surfaces.