Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux d'Orsay

Laboratoire d'Etude des Matériaux Hors Equilibre - LEMHE

 

Maître de conférence pour la rentrée 2009 (septembre 2009)

Effets de la nanostructuration sur les propriétés physico-chimiques des matériaux.

Contexte :
Le développement de matériaux nanostructurés a permis l’émergence de nouveaux champs de recherche et des avancées technologiques considérables du fait des propriétés nouvelles qui se manifestent à l’échelle nanométrique. Les propriétés de transport, notamment, évoluent de manière considérable sous l’effet du changement de dimensionnalité. Le LEMHE/ICMMO possède une expérience solide dans le domaine de
l’élaboration et de l’étude d’oxydes 3D ainsi que de couches minces. L’une des problématiques importante du laboratoire concerne la compréhension de l’évolution des propriétés des matériaux lors du passage du 3D au film mince ou au 3D nanostructuré, problématique vers laquelle le LEMHE souhaite étendre ses recherches.

Objectifs scientifiques :
Ces objectifs s’insèrent à l’interface des thématiques oxydes à propriétés remarquables et couches minces du laboratoire. Il s’agit principalement d’étudier les relations entre la nanostructure et les propriétés physico-chimiques (propriétés de transport électriques et thermiques, stabilité, effets de l’atmosphère, non-stoechiométrie) des matériaux afin de comprendre l’évolution de ces propriétés lors du passage 3D à 2D ou 3Dnano.
Les effets de la nanostructuration peuvent être abordés sous différents aspects.
D’une part, la réduction de la dimensionnalité peut influer sur la structure électronique des matériaux via notamment des phénomènes de confinement quantique des électrons qui modifient fortement leurs propriétés de propagation ou de diffusion. Des questions importantes se posent alors quant aux possibles effets de seuil, et aux possibilités d’optimiser les propriétés de transport par la nanotexturation.
Par ailleurs, dans des nanomatériaux où les joints de grain peuvent représenter jusqu’à 50% du volume total ou dans lesquels de nombreuses interfaces peuvent être présentes (structures de type « multicouches »), la propagation des phonons sera différente de celle observée dans un matériau 3D. En quelle mesure sont-ils diffusés par les joints de grains ou réfléchis aux interfaces ? Comment évoluent les interactions électrons-phonons lorsque la taille des grains est de l’ordre de grandeur des libres parcours moyens ?
Enfin, la dimensionnalité influe de manière importante sur la thermodynamique des systèmes, tant du point de vue de leur stabilité que de celui des interactions entre les grains et l’atmosphère environnante. Il apparaît alors primordial de comprendre l’évolution de la thermodynamique du système pour acquérir une bonne maîtrise des composés élaborés, voire pour stabiliser de nouvelles compositions instables dans des matériaux 3D. Ce dernier aspect peut également faire l’objet d’interactions fortes avec l’équipe simulations du laboratoire.
Le LEMHE dispose d’un accès à un SPS (Spark Plasma Sintering) pour élaborer des matériaux à nanostructures contrôlées et possède des compétences fortes dans le domaine de la MOCVD. Les études s’appuieront sur les moyens de caractérisation disponibles au LEMHE/ICMMO : MEB-FEG de dernière génération, MET, diffraction de RX, mesures de propriétés de transport. Un accès au SIMS est également possible.

Compétences requises :
Le candidat recherché, expérimentateur, doit posséder une expérience dans l’élaboration de matériaux sous forme 3D et/ou de couches minces ainsi que dans leur caractérisation et dans l’étude de leurs propriétés de transport. Des compétences dans le domaine de la non-stoechiométrie seraient un plus.