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Thèse Année : 2024

Straintronics of 2D semiconductors

Straintronique des matériaux 2D semiconducteurs

Anis Chiout
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1373584
  • IdRef : 276688724

Résumé

The work of this thesis focused on the study of new semiconductor materials of atomically thin thickness, namely 2D transition metal dichalcogenide (TMD) materials. My work involved both purely fundamental aspects of condensed matter, the implementation of measurements on a nano-optoelectromechanical platform (NOEMS) and innovative devices using the mechanical properties of these materials. 2D materials are unique in that they are both very strong and mechanically resistant in the plane of the material, but also very flexible in and out of the plane. A monolayer is analogous in many ways to a stretchable plastic film, as hard as steel and ultimately thin. We have set up various experiments that perfectly illustrate the new field of straintronics in 2D materials, which consists of controlling 2D deformations to improve optical or electronic properties, and vice versa. TMD-based mechanical nanoresonators are very sensitive to thermal expansion, and we used this property to create a nanoguitar that can be tuned over more than an octave, an essential nanometric tool that can have many potential applications in our phones as mechanical filters or accelerometers. Next, we deformed a suspended 2D membrane with a tip while measuring and extracting electronic and optical properties on the tip, with extreme deformations of up to 10%. Finally, we sought to understand the operating principle and the possibilities of achieving coherent information transfer by strongly coupling two mechanical vibrations or by coupling two harmonics of the same mode. We have also created multi-mode frequency combs by parametrically coupling a mechanical mode and an electrical mode in a mechanical resonator made of 2D material.Finally, we sought to understand the operating principle and the possibilities of achieving coherent information transfer by strongly coupling two mechanical vibrations or by coupling two harmonics of the same mode. We have also created multi-mode frequency combs by parametrically coupling a mechanical mode and an electrical mode in a mechanical resonator made of 2D material.
Les travaux de cette thèse ont porté sur l'étude de nouveaux matériaux semi-conducteurs d'épaisseur atomiquement fine, à savoir les matériaux dichalcogénures métalliques de transition 2D (TMD). Mon travail a porté à la fois sur des aspects purement fondamentaux de la matière condensée, sur la mise en place de mesures sur une plateforme nano-optoélectromécanique (NOEMS) et sur des dispositifs innovants utilisant les propriétés mécaniques de ces matériaux. Les matériaux 2D sont uniques en ce sens qu'ils sont à la fois très solides et mécaniquement résistants dans le plan du matériau, mais aussi très flexibles dans et hors du plan. Une monocouche est analogue à bien des égards à un film plastique extensible, aussi dur que l'acier et ultimement fin. Nous avons mis en place différentes expériences qui illustrent parfaitement le nouveau domaine de la straintronique dans les matériaux 2D, qui consiste à contrôler les déformations en 2D pour améliorer les propriétés optiques ou électroniques, et vice versa. Les nanorésonateurs mécaniques à base de TMD sont très sensibles à la dilatation thermique, et nous avons utilisé cette propriété pour créer une nanoguitare qui peut être accordée sur plus d'une octave, un outil nanométrique nouveau qui permettrait de se projeter dans des applications impliquants les filtres mécaniques ou accéleromètres de nos téléphones. Ensuite, nous avons déformé une membrane 2D suspendue avec une pointe tout en mesurant et en extrayant les propriétés électroniques et optiques sur la pointe, avec des déformations extrêmes allant jusqu'à 10%. Enfin, nous avons cherché à comprendre le principe de fonctionnement et les possibilités de réaliser un transfert d'information cohérent en couplant fortement deux vibrations mécaniques ou en couplant deux harmoniques d'un même mode. Nous avons également créé des peignes de fréquences multi-modes en couplant paramétriquement un mode mécanique et un mode électrique dans un résonateur mécanique en matériaux 2D.
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130742_CHIOUT_2024_archivage.pdf (8.52 Mo) Télécharger le fichier
Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04540625 , version 1 (10-04-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04540625 , version 1

Citer

Anis Chiout. Straintronique des matériaux 2D semiconducteurs. Matière Condensée [cond-mat]. Université Paris-Saclay, 2024. Français. ⟨NNT : 2024UPASP012⟩. ⟨tel-04540625⟩
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