La straintronique implique la manipulation des propriétés électroniques et optiques des matériaux 2D par l'ingénierie des déformations à l'échelle macro et nanométrique. Dans cette étude, une équipe du C2N, en collaboration avec Horiba a utilisé un microscope à force atomique (AFM) couplé à un système optique pour effectuer des mesures d'indentation et de photoluminescence améliorée par les pointes (TEPL), ce qui a permis d'extraire la réponse optique locale d'une membrane monocouche suspendue de WSSe ternaire à différents niveaux de déformation, jusqu'à des déformations de 10 %. Le signal de photoluminescence est modélisé en tenant compte de la déformation, de la distribution des contraintes et de la dépendance à la déformation de la structure de bande du WSSe. Un signal TEPL supplémentaire est observé, qui présente une variation significative sous contrainte, avec 64 meV par pourcentage de déformation. Ce pic est lié au matériau 2D, fortement déformé, qui se trouve en dessous de la pointe et fortement déformé. L'amplification du signal est alors étudiée afin d’analyser sa relation avec l'effet de diffusion des excitons dans le but de l’intégrer dans un modèle plus complet. La diffusion causée par la recombinaison Auger est comparée à la décroissance radiative excitonique.
Le signal TEPL est utilisé pour comprendre le comportement optique locale des matériaux semi-conducteurs 2D soumis à des contraintes mécaniques extrêmes. Les ternaires 2D fabriqués par dépôt chimique en phase vapeur possèdent une résistance élevée à la déformation, comparable au MoS2 de référence, et un module d'Young élevé de 273 GPa.
Le groupe mat2D du C2N est expert dans les propriétés électroniques des matériaux 2D (Graphène, MX et MX2) Nos activités se concentrent sur la conception, la fabrication et les propriétés électroniques de nouvelles hétérostructures hybrides à base de matériaux bidimensionnels, en vue de la réalisation d'une nouvelle génération de dispositifs nanoélectroniques. Cette publication est faite en collaboration avec l’université de Hunan, Polytechnique et Horiba.
Références
Anis Chiout 1, Agnès Tempez 2, Thomas Carlier 2, Marc Chaigneau 2, Fabian Cadiz3, Alistair Rowe3, Biyuan Zheng 4, Anlian Pan4, Marco Pala 1, Fabrice Oehler 1, Abdelkarim Ouerghi 1, Julien Chaste 1*
High Strain Engineering of a Suspended WSSe Monolayer Membrane by Indentation and Measured by Tip-enhanced Photoluminescence
Advanced optical materials, April 2024
https://doi.org/10.1002/adom.202302369
Affiliations
1 Université Paris-Saclay, CNRS, Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies, 91120, Palaiseau, France.
2 HORIBA France SAS, Passage Jobin Yvon, 91120 Palaiseau, France
3 Laboratoire de Physique de la Matière Condensée, CNRS, Ecole Polytechnique, Institut Polytechnique de Paris, 91120 Palaiseau, France.
4 Key Laboratory for Micro-Nano Physics and Technology of Hunan Province, State Key Laboratory of Chemo/Biosensing and Chemometrics, and College of Materials Science and Engineering, Hunan University, 410082 Changsha, Hunan, China.
Contact : Julien Chaste
Figure 1 – L’indentation d’une membrane 2D ternaire, une monocouche de WSSe, couplée à une mesure optique. (À gauche) un schéma du montage expérimental (en insert) une photo de l’échantillon vu de dessus. (À droite) Des mesures du signal TEPL. L’épaulement visible à plus basse énergie provient de la zone au bout de la pointe et qui est fortement contrainte mécaniquement, avec des déformations atteignant 10%. Ce signal varie fortement avec la contrainte, selon 64meV/ % de déformation.
