CEMES, laboratoire de recherche du CNRS, Centre d'élaboration des matériaux et d'études structurales.

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Oxydes de basse dimensionalité

M.J. Casanove, C. Roucau, Francois Demangeot, N. Combe, P.M. Chassaing (these)

Les oxydes sont des isolants ou semi-conducteurs à large bande interdite. Ils sont à ce jour très étudiés en raison d'un très grand nombre d'applications potentielles (céramiques, magnétisme, diodes électroluminescentes UV, transistors à effet de champ). D'autre part, ces composés, présent un peu partout, font partie de notre environnemt quotidien: la plupart des métaux s'oxydent à l'air ambiant.	Figure 1 : Mode de vibration acoustique d'une nanoparticule prismatique d'Oxyde de Zinc calculé à partir d'un modèle atomistique utilisant un potentiel semi-empirique. Le mode representé est un mode quadrupolaire (barrel) visible en spectroscopie Raman (soumis à PRB).
Au niveau microscopique, les liaisons atomiques des oxydes cristallisés sont généralement iono-covalentes. Cette propriété engendre des forces d'interaction interatomiques à très longue portées. Aussi, au niveau structurale, on peut s'attendre à des effets de surface important dans les systèmes nanométriques de basse-dimension conférant des propriétés originales à ces matériaux. D'autre part, les propriétés électroniques sont très sensibles à la contrainte locale et intimement liées à la structure des matériaux. Nous étudions expérimentalement et théoriquement les oxydes de basse dimensionnalité en se focalisant essentiellement sur les effets de taille: film mince, interface, nanoparticules.
Figure 2 : (100) cross-sectional specimen of LaAlO3 (LAO) grown on SrTiO3 (STO) (specimen thickness: 16 nm). (a) HREM image taken with the SACTEM-Toulouse (200 kV, Cs = 10 ?m, df=18 nm). (b) Map of the 002 spatial frequency modulus (\|002\|). (c) Full line: intensity profile of the HREM image in the [001] direction (arbitrary scale) showing the position of the (100) atomic planes across the STO/LAO interface. Dashed line: evolution of d001 in the [001] direction. This value (equal to 2/\|002\|) can be obtained from the intensity profile in figure 2b. The horizontal lines give the mean values of the lattice parameter (0.3905 nm in STO, 0.3784 nm in LAO). (Phys. Stat. Sol. (a) 203, 2209-2214 (2006).)
Sujets en cours : - Propriétés optiques et vibrationnelles de nanoparticules de ZnO (figure 1) - Relation entre déformation et propriétés électroniques dans les oxydes pérovskites (figure 2)
Publications récentes : • Surface optical phonons as a probe of organic molecules in ZnO nanoparticles P.-M. Chassaing, F. Demangeot, V. Paillard, A. Zwick, N. Combe, M. L. Kahn, A. Maisonnat et B. Chaudret. Physical Review B, 77, 153306 (2008). • Charge imbalance at oxide interfaces: How nature deals with it JL. Maurice, I. Devos, MJ. Casanove et al., Mat. Science and Eng. B, 144, 1, (2007) • Raman study of E2 and surface optical phonons in ZnO nanoparticles surrounded by organic molecules P.-M. Chassaing, F. Demangeot, V. Paillard, A. Zwick, N. Combe, M. L. Kahn, A. Maisonnat et B. Chaudret. Applied Physics Letters, 91, 2 (2007). • Experimental study of LO phonons and excitons in ZnO nanoparticles produced by room-temperature organometallic synthesis F. Demangeot, V. Paillard, P. M. Chassaing, C. Pagès, M. L. Kahn, A. Maisonnat et B. Chaudret. Applied Physics Letters, 88, 071921 (2006). • Electronic conductivity and structural distortion at the interface between insulators SrTiO3 and LaAlO3 J.-L. Maurice, C. Carretero, M.-J. Casanove, K. Bouzehouane, S. Guyard, É. Larquet, and J.-P. Contour Phys. Stat. Sol. (A) 203, 2209-2214 (2006). • Structural characterization of TiO2/TiNxOy (delta-doping) heterostructures on (110)TiO2 substrates Chiaramonte T, Cardoso LP, Gelamo RV, Fabreguette F, Sacilotti M, de Lucas MCM, Imhoff L, Bourgeois S, Kihn Y, Casanove MJ Appl. Surf. Science 212, 661 (2003) • Growth and relaxation mechanisms in La1/3Sr2/3MnO3 manganites deposited on SrTiO3(001) and MgO(001) substrates M.-J. Casanove, C. Roucau, P. Baulès, J. Majimel, J.-C. Ousset, D. Magnoux, J.-F. Bobo Appl. Surf. Science 188, 19, 2002. Collaborations : • Unité Mixte de Physique CNRS / Thales, Palaiseau (J.-L. Maurice, J.-P. Contour) • ONERA, Toulouse (J.-F. Bobo), • ICMAB, Barcelona, Espagne (J. Fontcuberta, Ll. Balcells) • Laboratoire de Chimie de Coordination (LCC), Myrtil L. Kahn, B. Chaudret, Toulouse.

Mots-clés :
oxyde, nanoparticules, basse dimensionalité, interface, relaxation de surface, phonon, effet de charge

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