Centre d’Élaboration de Matériaux et d’Etudes Structurales (UPR 8011)


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Molécules sur surface de films ultraminces d’oxyde

Participants : V. Langlais (GNS), J. Bonvoisin (GNS), H. Tang (SINano), R. Arras (MEM)

 

Contexte

Utilisation de la chimie sur surface pour fabriquer des réseaux de complexes de coordination sur films minces d’oxyde.

 

Motivation

Les oxydes sont des matériaux présentant un grand intérêt technologique et offrent une large palette de propriétés électroniques (de l’isolant grand gap au conducteur) et magnétiques (ferro-, ferri-, antiferromagnétiques). Ils supportent des recuits à des températures relativement élevées et peuvent éventuellement avoir une activité photocatalytique favorable à la formation de liaisons covalentes entre des unités moléculaires déposées sur leur surface.

 

Objectifs

1er Objectif

Etude des variations des propriétés électroniques et magnétiques de couches ultraminces d’oxydes en prenant en compte des effets de dimensionnalité (épaisseur des couches), de contraintes (choix du substrat), de surfaces (orientation, reconstruction), d’interfaces (isolant/isolant, isolant/métal, terminaisons) par association de méthodes expérimentales et théoriques. 

Des couches de monoxyde et d’oxydes complexes (ferrites de structure spinelle MFe2O4) du type CoFe2O4, Fe3O4/CoO, MgO/Fe3O4, Fe3O4/MgO/CoFe2O4, Fe3O4/Ag d’épaisseur 2-3 nm (voire quelques couches atomiques) seront étudiées. Ces matériaux possèdent à la fois un intérêt pour effectuer de la chimie sur surface, mais aussi pour des applications de type spintronique (jonctions tunnel magnétiques, filtrage de spin…) . Des comparaisons théorie/expérience seront effectuées à partir des résultats issus de calculs ab initio basés sur la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) et provenant de mesures par diffraction de rayons X de surface pour la structure et l’interface, par micro-SQUID ou VSM pour les mesures magnétiques et par microscopie champ proche pour les mesures de leurs propriétés électroniques.

 

2nd Objectif

Etude de complexes de coordination fonctionnalisés sur des surfaces métalliques, d’oxyde, de films minces d’oxyde et d’halogénure d’alcalin.

Des complexes de coordination fonctionnalisés du type M(dbmX2)2 où M est un ion métallique (M = V, Ni, Cu, Zn) et dbm le ligand anionique dibenzoymethanate et X un halogène ou un groupement fonctionnel du type CN ou COOH seront déposés sur les surfaces précédemment décrites et leurs propriétés en terme de site d’adsorption, d’interaction avec la surface, d’états électroniques et de couplage magnétique avec la surface seront ensuite étudiées.

 

Echéancier

Des expériences sont programmées en février 2017 (STM) et à l’ESRF en mars 2017, les calculs seront lancés en fonction de la prochaine campagne d’expériences.

 

Moyens nécessaires

Grands instruments : Synchrotron ESRF, centres nationaux de calculs IDRIS/CINES (demande effectuée)
Centre régional de calcul CALMIP (projet P1313)
CEMES : Cluster Toutatis + Chimie + VT-STM (DUF)
INA : LT-STM + SP-STM
Collaborations extérieures (Néel-Grenoble, IM2NP-Marseille)