Sujet de Master 2 Recherche Propriétés électroniques du graphène

Sujet de Master 2 Recherche
Propriétés électroniques du graphène: Nanofabrication et cryotransport.
Contact: Erik Dujardin ([email protected] ou 05 62 25 78 38)
Groupe NanoSciences - CEMES – CNRS UPR 8011
BP 94347 – 29 rue Jeanne Marvig – 31055 TOULOUSE Cedex 4
Sujet expérimental. Possibilité de poursuivre en thèse. Ce projet propose d'étudier les propriétés électroniques du
graphène, un matériau unique se présentant sous forme d'un feuillet d'épaisseur mono-atomique et uniquement
constitué d'atomes de carbone (Figure a). Le stage comportera trois parties: la préparation d'échantillon de graphène
monofeuillet, la nanofabrication d'électrodes de contact par une méthode innovante et la caractérisation des propriétés
électroniques à basse température des échantillons obtenus
Depuis quelques années, le graphène attire un intérêt grandissant du fait de ses propriétés électroniques inhabituelles.
Au CEMES, une activité sur l'électronique nanométrique à base de graphène est développée depuis plusieurs années et
comprend à la fois la préparation, la nanostructuration et la caractérisation du transport dans le graphène.
A l'heure actuelle les propriétés de transport du graphène sont essentiellement étudiées dans le régime mésoscopique
pour lequel les techniques de fabrication à basse résolution, par exemple la lithographie optique, suffisent à réaliser les
structures à mesurer mais ces résines sont des contaminants qui perturbent le comportement du graphène qui est
extrêmement sensibles aux adsorbats. C'est pourquoi au CEMES, nous développons des méthodes sans résines aussi
bien pour les étapes de contact électrique que pour la nanostructuration du graphène. La première méthode est la
lithographie à faisceau d'ions focalisé (FIB) qui nous permet actuellement de réaliser en une seule étape des rubans de
graphène contactés, prêts à la mesure [1, 2]. Toutefois nous mettons également au point une méthode moins
amorphisante que le FIB qui consiste à évaporer le métal à travers un pochoir (Figures b, c) lui-même fabriqué par
lithographie ou FIB [3]. L'optimisation de cette nouvelle technique sera le cœur du stage qui nécessitera cependant la
préparation du graphène et offrira la possibilité de se familiariser avec les microscopies à force atomique, électronique à
balayage et le cryotransport en collaboration avec les autres membres de l'équipe experts pour ces techniques.
Figure: (a) Image optique d'un stencil d'un motif de barre de Hall. (b) Image AFM d'un feuillet de graphène déposé sur substrat de SiO2.
(c) Image optique d'un feuillet de graphène partiellement contacté par Stencil avec six électrodes en configuration de barre de Hall.
Au cours du stage, l'étudiant(e) utilisera une des méthodes de dépôt de graphène les plus performantes, développera
une méthode de reprise de contact en une étape et sans résine ("Stencil") afin de mettre au point un protocole
systématique. Une fois cette approche validée en collaboration avec une équipe de l'EPFL (Lausanne, Suisse) et une
autre de l'INSA Toulouse, il s'agira de construire la version suivante du montage au CEMES. La caractérisation des
échantillons se fera par microscopie optique, à force atomique et électronique. Enfin, le transport électronique dans
les structures réalisées sera caractérisé dans un cryostat au CEMES puis envoyé pour des mesures sous champ
magnétique intense seront étudiées dans un laboratoire partenaire.
Quelques références (fournies sur demande) :
[1] E. Dujardin, T. Thio, H. Lezec, T. W. Ebbesen. Appl. Phys. Lett., 2001, 79, 2474-2476.
[2] J.-F. Dayen, A. Mahmood, D. S. Golubev, P. Salles, I. Roch-Jeune and E. Dujardin. Small, 2008, 4, 716-720.
[3] H. Guo, D. Martrou, T. Zambelli, E. Dujardin and S. Gauthier, Rev. Sci. Instrum., 2008, 79, 103904.