Thèse : SPIN-ORBIT COUPLING TUNING IN TWO-DIMENSIONAL SYSTEMS
Contact : Antonio TEJEDA
Next generation spintronics efficiently targets ultra-low power memories for green electronics and on a longer term full-spin information processing. The spin-orbit coupling (SOC) plays a fundamental role in spintronics as it allows controlling the spin in the conduction channels through an electrostatic manipulation [1-3].
SOC is greatly enhanced at reduced dimensions since the inversion symmetry is broken at surfaces or interfaces, and the resultant electric field couples to the spin of itinerant electrons, a phenomenon known as Rashba effect. Spin-orbit coupling is being intensively studied in two dimensional systems as in transition metal dichalcogenides, hybrid perovskites or in molecular layers on ferromagnetic substrates [4-6].
In this internship, we will tune the SOC in 2D materials by structural modification, for instance by introducing defects in the structure (vacancies or impurities) or by introducing strain in the lattice. The effect of the induced structural modification will be studied by electron diffraction and the impact on the electronic bands will be determined by angle-resolved photoemission (occupied states) and by spin- and angle-resolved inverse photoemission (unoccupied states) [7].
Stage / Thèse: BIAXIAL STRAIN CONTROL OF ELECTRONIC PROPERTIES OF QUASI-2D MATERIALS
Contact: Vincent JACQUES
The present subject aims at studying strain-induced exotic electronic phases in correlated electron systems presenting such states as charge density waves (CDW), spin density waves (SDW) and/or superconductivity (SC). Thanks to a unique cryogenic biaxial tensile strain device, compatible with optical, tansport and x-ray diffraction (XRD) measurements, we can study lamellar systems that exhibit various electronic orders under strain. We recently showed that application of mechanical strain can induce exotic phase transitions in lamellar systems, like CDW orientational transition only governed by in-plane lattice parameter symmetry, and with a linear evolution of transition temperatures with strain, reaching 40K at maximum deformation. This evolution of Tc is apparently not at all proportional with the gap, and new studies have to be performed in those systems under strain to understand the very nature of these CDW. In this project, we plan to develop and use new types of measurements under strain: the direct band gap measurement by photoemission spectroscopy under strain, the evolution of electron-phonon coupling by time-resolved optical and XRD techniques, and the study of local strain-induced CDW structure by x-ray microdiffraction. Finally, we plan to extend these techniques to other systems presenting competing exotic electronic phases: CDW/CDW and CDW/SC in transition metal dichalcogenides and CDW/SDW in chromium thin metallic films.
Stage / Thèse : DEFAUTS ET DEFORMATIONS DES PEROVSKITES HYBRIDES 2D
Contact : Olivier PLANTEVIN
Nous nous intéresserons à la physique des excitons et leur lien avec la présence de défauts et de déformation structurale dans des monocristaux de pérovskites 2D. Un stage précédent a permis de montrer une contribution originale d’excitons auto-piégés à basse température (STE = self-trapped excitons). L’introduction contrôlée de défauts sera faite par irradiation ionique à IJCLab (plateforme MOSAIC). Nous avons aussi montré dans les perovskites 3D que les défauts d’irradiation s’accompagnent d’une déformation cristalline et d’une modulation des propriétés optoélectroniques [4]. Nous utiliserons en parallèle une méthode de déformation directe des cristaux (jusqu’à environ 1%) avec la machine de traction biaxiale développée dans l’équipe LUTECE au LPS (https://equipes2.lps.u-psud.fr/lutece/fr/machine_traction/) [5]. Dans les 2 cas (déformation directe et défauts d’irradiation), nous étudierons, à température variable, les propriétés structurales par diffraction des rayons X et les propriétés optoélectroniques par spectroscopie de photoluminescence. Nous étudierons in-situ l’évolution de la structure sous contrainte biaxiale ainsi que la photoluminescence dans les mêmes conditions. La compréhension du couplage structure (déformation) et propriétés (dynamiques), nous apportera un regard inédit sur ces matériaux semiconducteurs 2D, et leur optimisation dans des dispositifs photovoltaïques. L’apport de l’irradiation permettra d’imposer une déformation permanente, contrairement à la machine de traction qui impose une déformation réversible en travaillant dans le domaine élastique. Les résultats permettront d’optimiser des dispositifs photovoltaïques à base de pérovskites 2D, qui représentent une alternative aux pérovskites 3D. Celles-ci connaissent des problèmes de dégradation et de stabilité dans le temps alors que les pérovskites 2D sont beaucoup plus robustes vis à vis d’une dégradation chimique de leur structure.
OFFRES PRECEDENTES
Thèse: CONFINEMENT DE PEROVSKITES HYBRIDES AVANCÉES POUR LE PHOTOVOLTAÏQUE
Contact: Olivier PLANTEVIN
On étudiera l’effet du confinement dans des matrices poreuses sur les propriétés optoélectroniques des perovskites. Les échantillons étudiés seront synthétisés par le doctorant au LPICM-Ecole Polytechnique en collaboration avec Frederic Oswald et Hindia Nahdi. L’élaboration et la caractérisation portera sur des perovskites à halogène simple (Iode ou Brome) ou bien à halogène mixte (Iode et Brome) avec des concentrations relatives variables. On étudiera séparément des couches minces réalisées par imprégnation de perovskite (synthèse en phase liquide) dans différents milieux mésoporeux, avec en priorité TiO2, ZrO2 et Carbone graphite afin de comparer le rôle de milieux semiconducteurs, isolants ou conducteurs sur les propriétés opto-électroniques de la couche mince. L’étude d’architecture de cellules complètes sera aussi abordée. Les deux faces de la cellule (graphite et TiO2, la couche de ZrO2 jouant un rôle d’isolant entre ces deux faces) seront étudiées de manière complémentaire. Une caractérisation par spectroscopie de photoluminescence à basse température permettra de révéler les niveaux de défauts induits dans le matériau. Le décalage « blue-shift » déjà observé par notre équipe pour des perovskites confinées, permettra de mieux caractériser le confinement dans les différentes couches de la cellule (graphite mésoporeux, TiO2 et ZrO2 mésoporeux). On s’intéressera en particulier à la mobilité photo-induite des ions halogènes (Iode et/ou Brome) en étudiant l’évolution des spectres sous lumière et l’influence de la température sur les mécanismes de diffusion ionique.