Contact: Antonio TEJEDA
Bande interdite de nanorubans de graphène
Nous avons étudié la topographie de la dernière couche de nanorubans de graphène et au-delà, en combinant la microscopie à effet tunnel et la microscopie électronique à transmission. Le corps principal des rubans est bordé par des régions où le substrat SiC présente des nanofacettes. Il est possible de faire croître une seule couche de graphène sur les nanofacettes ainsi que sur la facette principale. Nous avons observé par photoémission que les propriétés électroniques de la couche de graphène continue changent en fonction de la région. Les nanofacettes sont surmontés de nanorubans de graphène. Ces nanorubans sont attachés au substrat SiC sur leurs deux bords, dans une région semi-conductrice. Le graphène entre les parties attachées est découplé du substrat et présente une bande interdite de plus de 500 meV en raison du confinement électronique dans ces petits nanorubans de 1-2 nm de largeur.
Confinement électronique en surfaces auto-organisées
La croissance de systèmes auto-organisés peut être utilisée pour modifier les propriétés électroniques du substrat. Ceci est possible car les états de surface sont localisés dans les dernières couches atomiques et sont sensibles aux modifications de ces couches. Il est possible ainsi de créer un réseau auto-organisé d’îlots qui induit une modification périodique du potentiel de surface, ce qui donne lieu à un réseau de boîtes quantiques périodiques. Des îlots de Co peuvent en effet être auto-organisés sur une surface Au à marches (vicinale). L’état de surface de l’Au est confiné par les îlots de Co et les marches de la surface. La périodicité du système permet d’utiliser la photoémission pour mesurer la structure de bande et obtenir le potentiel de surface.
A gauche, image de conductance différentielle d’îlots de Co auto-organisés sur un substrat d’Au à marches. L’intensité entre les quatre îles montre que l’état de surface y est confiné. A droite, simulation des mesures de photoémission afin de déterminer le potentiel de surface induit par les îlots de Co.
“Interacting quantum box superlattice by self-organized Co nanodots on Au(788)”. C. Didiot, A. Tejeda, Y. Fagot-Revurat, V. Repain, B. Kierren, S. Rousset, and D. Malterre, Phys. Rev. B 76, 081404(R) (2007).
Transition métal-isolant et ordre de charges dans Sn/Ge(111)
La recherche d’isolants de Mott bidimensionnels a commencé dans les années 1990 avec K/Si(111):B et SiC(0001). En 2006, nous avons découvert une transition métal-isolant pour 1/3 ML Sn sur Ge(111) sous 30 K. Nous avons interprété ces observations en termes de transition de Mott.
Dans Sn/Ge(111), la reconstruction métallique (3×3) qui apparaît autour de 200 K a été considérée comme l’état fondamental. Cependant, nos expériences complémentaires de diffraction d’électrons à basse énergie, de photoémission à résolution angulaire et de microscopie à effet tunnel nous ont permis de découvrir deux nouvelles phases. En dessous de 60 K, le système devient un mauvais métal tout en préservant la maille de surface (3×3). Il s’agit d’une phase isolante avec un ordre de charge. En dessous de 30 K, la maille de la surface change à (√3 x √3)R30°, où la distorsion verticale des atomes de Sn dans la phase (3×3) est perdue. Tous les atomes de Sn sont équivalents. La photoémission utilisant rayonnement synchrotron montre que la transition de phase structurelle, également observée dans les niveaux du coeur, est concomitante à une ouverture de la bande interdite. Ces observations expérimentales ont été interprétées en termes d’une phase isolante de Mott.
Transitions de phase dans Sn/Ge(111). Colonne de gauche, niveau de coeur Sn 4d pour trois températures caractéristiques de chaque phase. Colonne du milieu, images STM montrant l’ordre de charge dans la phase intermédiaire et l’équivalence de tous les atomes de Sn dans la phase de basse température. Colonne de droite, structure électronique montrant la mauvaise métallicité de la phase intermédiaire et le grande bande interdite de la phase de basse température. Figures de R. Cortés et al., Phys. Rev. B 88, 125113 (2013). Copyright 2013 American Physical Society.” http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.88.125113
Fait marquant dans Nature News & Views 441, 295 (2006).
Transition dans Sn/Si(111):B par diffusion collective ultrarapide
L’interface Sn/Si(111) dopée au B est un bon candidat pour rechercher des isolants de Mott, car elle est hybride entre les interfaces Sn/Si(111) et K/Si:B, toutes les deux susceptibles de présenter des effets de corrélation électronique. Sur Sn/Si(111):B, nous avons trouvé une phase isolante à température ambiante qui présente une transition de phase réversible à 520 K, donnant lieu à une symétrie de surface différente. Cette transition de phase est expliquée par une fluctuation collective des atomes de surface de Sn à l’échelle de la picoseconde. Ces fluctuations correspondent à des tétramères de Sn explorant les 24 configurations dégénérées en énergie en fonction du temps.
Transition de phase dans Sn/Si(111):B. En haut, image STM montrant l’ordre de la surface Sn/Si(111):B à température ambiante. En bas, diagrammes de diffraction d’électrons à basse énergie montrant le changement de symétrie réversible à la surface autour de 520 K. Figure de W. Srour et al., Phys. Rev. Lett. 114, 196101 (2015). Copyright 2015 American Physical Society.” http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.114.196101