Physique et Propriétés des Nanostructures – PPNa

Chercheurs et enseignants-chercheurs

David Babonneau (DR CNRS)

Responsable d'équipe

Tél: +33 5 49 49 67 25

Chercheur associé : Cyril Dupeyrat (SAFRAN Electronics & Defense)

Post-doctorant : Firat Angay

Doctorants :

(2016->) Andreas Jamnig, Bertrand Levraut

(2017->) Thomas Bilyk

(2018->) Florian Brenet, Rubenson Mareus

(2019->) Florian Brette, Thibaud Choquet, Cécile Marsal, Axel Zuber

 

Participation à des projets contractuels :

ANR PLASMAFACE 2015-2020 (D. Pai, équipe EFD, département FTC), FEDER IMATOP 2016-2020 (T. Girardeau), Contrat H2020 IL TROVATORE 2017-2022 (T. Cabioc'h), ANR RADCOOL 2018-2021 (J. Drévillon, équipe TNR, département FTC), FEDER NanoTrans 2018-2020 (M.-L. David, équipe PDP, département PMM), Projet NAq NANOTEXTOPT 2018-2021 (D. Babonneau), Projet NAq NACRES 2018-2023 (P. O. Renault, équipe SIMAC, département PMM), LabCom PRIMEO 2018-2022 (F. Paumier), ANR MXeneCAT 2019-2023 (V. Mauchamp), Projet NAq 2019-2022 (S. Dubois), ANR Super-Rev 2019-2023 (G. Abadias), ANR Integral 2020-2024 (C. Mastail)

Activités de recherche

Les activités de recherche de l'équipe PPNa sont centrées sur l'étude des relations entre la structure et les propriétés physiques de matériaux nanostructurés (surfaces, matériaux 2D, films minces ou massifs). Les principaux enjeux concernent d'une part la compréhension des mécanismes élémentaires de formation de nanostructures obtenues par voie physique (bombardement ionique, dépôt physique en phase vapeur, métallurgie des poudres), et d'autre part la modélisation et le contrôle de leurs propriétés optiques, électriques, mécaniques, etc.

Les activités menées par l'équipe PPNa s'articulent autour de trois actions scientifiques :

  • L'action Nanoparticules & Films d'oxydes fonctionnels est centrée autour de la nanostructuration et la fonctionnalisation de surfaces et de couches minces d'oxydes pour des applications optiques, plasmoniques, électro-optiques et/ou magnétiques.
  • L'action Phases MAX & MXenes organise son activité de recherche autour de la synthèse et de la caractérisation des propriétés de céramiques nanolamellaires conductrices (les phases MAX) et des carbures de métaux de transition bidimensionnels associés (les MXenes).

L'ensemble des outils d'analyse utilisés pour ces études comprend notamment des techniques d'imagerie locale telles que la microscopie à force atomique (AFM) ou la microscopie électronique (TEM, SEM, ...), des techniques de spectroscopie et de diffraction/diffusion des électrons ou des rayons X (EELS, EDXS, WDS, XRD, GISAXS, ...), ainsi que des techniques de caractérisation optique (ellipsométrie spectroscopique et spectrophotométrie) et électrique (effet Hall, I(V) et C(V), ...). Cette approche expérimentale est associée à des calculs ab initio, à des simulations atomistiques par la méthode de Monte-Carlo cinétique (kMC), ou encore à des simulations électromagnétiques par différences finies dans le domaine temporel (FDTD). De plus, l'équipe réalise des développements instrumentaux originaux qui visent à coupler des caractérisations in situ et en temps réel (MOSS, SDRS, XRD, GISAXS, résistivité électrique, ...) à des dispositifs d'élaboration disponibles au laboratoire ou sur des lignes de lumière synchrotron (ESRF, SOLEIL, DESY, ANKA).

 

Permanents :  David Babonneau (DR CNRS05), Sophie Camelio (Pr CNU30), Sophie Rousselet (MdC CNU28), Lionel Simonot (MdC HDR CNU30)

Doctorant :

Contexte et objectifs :

Les activités menées dans le cadre de cette action sont centrées autour de la nanostructuration et la fonctionnalisation de surfaces diélectriques (Al2O3, Si3N4, BN, TiO2, BN, ...) pour des applications optiques, plasmoniques, ou magnétiques. Ces travaux s'appuient notamment sur le développement de procédés originaux d'élaboration associant nanostructuration de surfaces par pulvérisation ionique en incidence oblique et croissance de nanoparticules ou de nanofils (Au, Ag, Agx-Au1-x, Al, FePt, ...) par voie PVD en géométrie rasante. Par exemple, il est ainsi possible d'exploiter des effets d'ombrage pour guider la croissance et contrôler l'organisation de nanostructures plasmoniques sous la forme de chaînes périodiques dont la réponse optique est caractérisée par une forte dépendance de la position de la résonance plasmon à la polarisation de la lumière incidente. De plus, en raison de la faible distance entre deux particules voisines d'une même chaîne, un ensemble de «points chauds» électromagnétiques est créé, ouvrant la voie à la réalisation de capteurs plasmoniques qui peuvent tirer profit de la forte amplification du champ local (voir figure ci-dessous).

[a] Image AFM de rides périodiques nanométriques obtenues par bombardement ionique en incidence oblique d'un film mince d'alumine. [b] Micrographie HAADF-STEM  d'un réseau de nanoparticules d'argent obtenu par PVD en incidence rasante sur la surface présentée en [a]. Les flèches représentent la direction projetée du faisceau d’ions Xe+ et celle du flux atomique d'Ag. [c] Spectres de transmission optique en incidence normale pour une polarisation longitudinale (x-pol.) et transverse (y-pol.) du champ incident. Insert : cartographie de champ proche optique obtenue par simulation FDTD en considérant 2 paires de nanoparticules ellipsoïdales (a=10 nm, b=8 nm, c=5 nm) séparées de 2 nm dans la direction x (polarisation longitudinale et longueur d’onde de 605 nm).

 

Par ailleurs, dans le cadre du projet ANR PHOTOFLEX mené en collaboration avec le Laboratoire H. Curien, nous développons des procédés de dépôt par pulvérisation magnétron qui permettent de synthétiser des films minces photochromes sur des supports souples (plastique transparent et papier blanc) ne résistant pas à de fortes températures (> 150°C). Aussi, la couleur de ces films, constitués de nanoparticules d'Ag dans une matrice nanoporeuse de TiO2, peut être modifiée sous insolation laser UV ou visible, en raison de réactions photo-induites d'oxydo-réduction ou par croissance thermique, modifiant la taille des nanoparticules métalliques et par conséquent leur réponse optique. Les substrats ne subissant aucune dégradation ni lors des dépôts, ni lors des diverses insolations laser, des applications sont envisageables en particulier pour l'impression sécurisée et traçable.

Collaborations : SPCTS (Limoges), Institut Néel (Grenoble), Institut des Matériaux Jean Rouxel (Nantes), Laboratoire H. Curien (Saint-Etienne), Laboratoire de Physique des Solides (Orsay), SOLEIL (Gif-sur-Yvette), ESRF (Grenoble), DESY (Hambourg)

Programmes de recherche, GDR : ANR PLASMAFACE, FEDER IMATOP, FEDER NanoTrans, GDR NACRE

FitGISAXS : software package for modelling and analysis of GISAXS data using IGOR Pro.Zipped routine: FitGISAXS_130531.zip (including paracrystal 2D models with finite size effects...).

 

 

Contact : david.babonneau@univ-poitiers.fr

Principales publications récentes :

A. Fafin, S. Camelio, F. Pailloux, D. Babonneau, Surface plasmon resonances and local field enhancement in aluminum nanoparticles embedded in silicon nitride,

J. Phys. Chem. C 123 (2019) 13908-13917. 10.1021/acs.jpcc.9b03050

D. Babonneau, D. K. Diop, L. Simonot, B. Lamongie, N. Blanc, N. Boudet, F. Vocanson, N. Destouches, Real-time investigations of structural and optical changes in photochromic Ag/TiO2 nanocomposite thin films under laser irradiation,Nano Futures 2 (2018) 015002. 10.1088/2399-1984/aaa665

D. Babonneau, E. Vandenhecke, S. Camelio, Formation of nanoripples on amorphous alumina thin films during low-energy ion-beam sputtering: Experiments and simulations,Physical Review B 95 (2017) 085412. 10.1103/PhysRevB.95.085412

A. Fafin, S. Yazidi, S. Camelio, D. Babonneau, Near-field optical properties of Agx-Au1-x nanoparticle chains embedded in a dielectric matrix,
Plasmonics 11 (2016) 1407-1416. 10.1007/s11468-016-0191-8

S. Yazidi, A. Fafin, S. Rousselet, F. Pailloux, S. Camelio, D. Babonneau, Structure and far-field optical properties of self-organized bimetallic Aux-Ag1-x nanoparticles embedded in alumina thin films,
Phys. Status Solidi C 12 (2015) 1344-1348. 10.1002/pssc.201510079

G. Abadias, L. Simonot, J. J. Colin, A. Michel, S. Camelio, D. Babonneau, Volmer-Weber growth stages of polycrystalline metal films probed by in situ and real-time optical diagnostics,

Appl. Phys. Lett. 107 (2015) 183105. 10.1063/1.4935034

D. K. Diop, L. Simonot, N. Destouches, G. Abadias, F. Pailloux, P. Guérin, D. Babonneau, Magnetron sputtering deposition of Ag/TiO2 nanocomposite thin films for repeatable and multicolor photochromic applications on flexible substrates,

Adv. Mater. Interfaces 2 (2015) 1500134. 10.1002/admi.201500134

M. Garel, D. Babonneau, A. Boulle, F. Pailloux, A. Coati, Y. Garreau, A. Y. Ramos, H. C. N. Tolentino, Self-organized ultrathin FePt nanowires produced by glancing-angle ion-beam codeposition on rippled alumina surfaces,

Nanoscale 7 (2015) 1437-1445. 10.1039/C4NR05589F

V. Antad, L. Simonot , D. Babonneau, Influence of low-energy plasma annealing on structural and optical properties of silver nanoclusters grown by magnetron sputtering deposition,

J. Nanopart. Res. 16 (2014) 2328. 10.1007/s11051-014-2328-z

S. Camelio, E. Vandenhecke, S. Rousselet, D. Babonneau, Optimization of growth and ordering of Ag nanoparticle arrays on ripple patterned alumina surfaces for strong plasmonic coupling,

Nanotechnology 25 (2014) 035706. 10.1088/0957-4484/25/3/035706

A. Losquin, S. Camelio, D. Rossouw, M. Besbes, F. Pailloux, D. Babonneau, G. A. Botton, J. J. Greet, O. Stéphan, M. Kociak, Experimental evidence of nanometer-scale confinement of plasmonic eigenmodes responsible for hot spots in random metallic films,

Phys. Rev. B 88 (2013) 115427. 10.1103/PhysRevB.88.115427

S. Camelio, D. Babonneau, F. Pailloux, S. Rousselet, E. Vandenhecke, Sub-wavelength arrays of metallic nanoparticles for polarization-selective broad-band absorbers,

Nanoscience and Nanotechnology Letters 5 (2013) 19-26. 10.1166/nnl.2013.1418

V. Antad, L. Simonot, D. Babonneau, Tuning the surface plasmon resonance of silver nanoclusters by oxygen exposure and low-energy plasma annealing,

Nanotechnology 24 (2013) 045606. 10.1088/0957-4484/24/4/045606

J. Toudert, L. Simonot, S. Camelio, D. Babonneau, Advanced optical effective medium modeling for a single layer of polydisperse ellipsoidal nanoparticles embedded in a homogeneous dielectric medium : Surface plasmon resonances,

Phys. Rev. B 86 (2012) 045415. 10.1103/PhysRevB.86.045415

D. Babonneau, S. Camelio, E. Vandenhecke, S. Rousselet, M. Garel, F. Pailloux, Quantitative analysis of nanoripple and nanoparticle patterns by grazing incidence small-angle x-ray scattering 3D mapping,
Phys. Rev. B 85 (2012) 235415. 10.1103/PhysRevB.85.235415

V. Antad, L. Simonot, D. Babonneau, S. Camelio, F. Pailloux, P. Guérin, Monitoring the reactivity of Ag nanoparticles in oxygen atmosphere by using in situ and real-time optical spectroscopy,

J. Nanophotonics 6 (2012) 061502. 10.1117/1.JNP.6.061502

D. Babonneau, S. Camelio, L. Simonot, F. Pailloux, P. Guérin, B. Lamongie, O. Lyon, Tunable plasmonic dichroism of Au nanoparticles self-aligned on rippled Al2O3 thin films,

EPL 93 (2011) 26005. 10.1209/0295-5075/93/26005

L. Simonot, D. Babonneau, S. Camelio, D. Lantiat, Ph. Guérin, V. Antad, In situ opticalspectroscopy during deposition of Ag:Si3N4 nanocomposite films by magnetron sputtering,

Thin Solid Films 518 (2010) 2637-2643. 10.1016/j.tsf.2009.08.005

D. Babonneau, S. Camelio, D. Lantiat, L. Simonot, A. Michel, Waveguiding and correlatedroughness effects in layered nanocomposite thin films studied by grazing incidence small-angle x-ray scattering,

Phys. Rev. B 80 (2009) 155446. 10.1103/PhysRevB.80.155446

S. Camelio, D. Babonneau, D. Lantiat, L. Simonot, F. Pailloux, Anisotropic optical properties of silver nanoparticle arrays on rippled dielectric surfaces produced by low-energy ion erosion,

Phys. Rev. B 80 (2009) 155434. 10.1103/PhysRevB.80.155434

Permanents :  Grégory Abadias (Pr CNU28), Cédric Mastail (MdC CNU28), Anny Michel (MdC CNU28)

Doctorants : Clarisse Furgeaud (2016->2019), Andreas Jamnig (2016->2020), Rubenson Mareus (2018->2021), Thibaud Choquet (2019->2023), Firat Angay (post-doc)

Contexte et objectifs :

Cette action vise à obtenir une meilleure compréhension des premiers stades de croissance de films minces déposés par voie PVD dans des conditions énergétiques (ex. : pulvérisation magnétron). Le flux de particules incident possède alors une distribution énergétique et angulaire étendue par rapport au cas de l'évaporation thermique : au-delà de l'influence que cela peut avoir sur les mécanismes élémentaires de croissance (diffusion de surface, nucléation, percolation, coalescence, ...), le bombardement énergétique (par transfert de moment) peut engendrer des modifications dans la sub-surface voire en volume (mélange chimique, incorporation de défauts, piégeage d'impuretés). Ainsi, une compréhension globale de la croissance nécessite non seulement une connaissance de la thermodynamique des systèmes étudiés, mais surtout une description des effets cinétiques, puisque la mobilité des éléments joue un rôle essentiel lors de ces processus hors-équilibre. Dans ce contexte, le groupe a entrepris de développer un couplage entre études expérimentales en mettant l'accent sur les diagnostics in situ à la croissance et simulations numériques multi-échelle en couplant des calculs ab initio et la méthode de kMC. Les diagnostics in situ et en temps réel ainsi mis au point au laboratoire permettent de suivre d'une part l'évolution de la contrainte durant la croissance (par mesure de courbure MOSS - Multi Beam Optical Stress Sensor), et d'autre part les propriétés optiques (par SDRS - Surface Differential Reflectance Spectroscopy) et les propriétés de transport (par mesure de résistivité électrique). Parallèlement, les calculs atomistiques employés permettent de décrire le paysage énergétique de la surface lors du dépôt, et ainsi d'identifier les chemins préférentiels de diffusion ainsi que les énergies d'activation associées, paramètres d'entrée nécessaires pour une simulation kMC de la croissance. La mise au point d'un nouveau code de calcul kMC, initiée dans le cadre du projet européen MC2, est actuellement en cours dans notre équipe. Le code permet de prendre en compte l'anisotropie de surface pour la diffusion, un pas important pour la détermination de texture et d'évolution de taille des grains. La prise en compte de différentes énergies et différents angles d'incidence des espèces déposées permet également de prédire l'évolution morphologique en fonction de l'épaisseur et des conditions de dépôt (température, pression de travail, flux incident, ...).

Suivi in situdu produit contrainte×épaisseur (σ.h)durant le dépôt d’une multicouche Mo/Si et image MET correspondante

Collaborations : IFM Linköping (Suède), LSPM (Paris), CRP (Luxembourg), Thessaloniki University (Grèce), ISM (Ukraine)

Programmes de recherche : ANR Radcool, ANR Super-Rev, ANR Integral

Principales publications récentes :

A. Jamnig, D. G. Sangiovanni, G. Abadias, K. Sarakinos, Atomic scale diffusion rates during growth of thin metal films on weakly-interacting substrates,

Sci. Rep. 9 (2019) 6640. 10.1038/s41598-019-43107-8

C. Furgeaud, L. Simonot, A. Michel, C. Mastail, G. Abadias,  Impact of Ge alloying on the early growth stages, microstructure and stress evolution of sputter-deposited Cu-Ge thin films,

Acta Mater. 159 (2018) 286-295. 10.1016/j.actamat.2018.08.019

C. Mastail, M. David, F. Nita, A. Michel, G. Abadias, Ti, Al and N adatom adsorption and diffusion on rocksalt cubic AlN (001) and (011) surfaces: Ab initio calculations,Appl. Surf. Sci. 423 (2017) 354-364. 10.1016/j.apsusc.2017.06.179

F. Cemin, D. Lundin, C. Furgeaud, A. Michel, G. Amiard, T. Minea, G. Abadias,  Epitaxial growth of Cu(001) thin films onto Si(001) using a single-step HiPIMS process,
Scientific Rep. 7 (2017) 1655. 10.1038/s41598-017-01755-8

J. J. Colin, G. Abadias, A. Michel, C. Jaouen, On the origin of the metastable beta -Ta phase stabilization in tantalum sputtered thin films,

Acta Materiala 126 (2017) 481-493. 10.1016/j.actamat.2016.12.030

B. Krause, G. Abadias, A. Michel, P. Wochner, S. Ibrahimkutty, T. Baumbach, uen, Direct observation of the thickness-induced crystallization and stress build-up during sputter-deposition of nanoscale silicide films,

ACS Appl. Mater. Interfaces 8 (2016) 34888-34895. 10.1021/acsami.6b12413

S. Kassavetis, D. V. Bellas, G. Abadias, E. Lidorikis, P. Patsalas, Plasmonic spectral tunability of conductive ternary nitrides,
Appl. Phys. Lett. 108 (2016) 263110. 10.1063/1.4955032

F. Nita, C. Mastail, G. Abadias, Three-dimensional kinetic Monte Carlo simulations of cubic transition metal nitride thin film growth,

Phys. Rev. B 93 (2015) 064107. 10.1103/PhysRevB.93.064107

J. J. Colin, Y. Diot, P. Guérin, B. Lamongie, F. Berneau, A. Michel, C. Jaouen, G. Abadias, A load-lock compatible system for in situ electrical resistivity measurements during thin film growth,
Rev. Sci. Instrum. 87 (2015) 023902. 10.1063/1.4940933

G. Abadias, L. Simonot, J. J. Colin, A. Michel, S. Camelio, D. Babonneau, Volmer-Weber growth stages of polycrystalline metal films probed by in situ and real-time optical diagnostics,Appl. Phys. Lett. 107 (2015) 183105. 10.1063/1.4935034

I. A. Saladukhin, G. Abadias, A. Michel, V. V. Uglov, S. V. Zlotski, S. N. Dub,  G. N. Tolmachova, Structure and hardness of quaternary TiZrSiN thin films deposited by reactive magnetron co-sputtering,Thin Solid Films 581 (2015) 25-31. 10.1016/j.tsf.2014.11.020

G. Abadias, A. Fillon, J. J. Colin, A. Michel, C. Jaouen, Real-time stress evolution during early growth stages of sputter-deposited metal films: Influence of adatom mobility,

Vacuum 100 (2014) 36-40. 10.1016/j.vacuum.2013.07.041

A. Fillon, C. Jaouen, A. Michel, G. Abadias, C. Tromas, L. Belliard, B. Perrin, P. Djemia, Lattice instability and elastic response of metastable Mo1-x-Six thin films,

Phys. Rev. B 88 (2013) 174104. 10.1103/PhysRevB.88.174104

P. Djemia, A. Fillon, G. Abadias, A. Michel, C. Jaouen, Elastic properties of metastable Mo1-x-Six alloy thin films: A Brillouin light scattering study,

Surf. Coat. Technol. 206 (2011) 1824-1829. 10.1016/j.surfcoat.2011.08.003

L. E. Koutsokeras, G. Abadias, P. Patsalas, Texture and microstructure evolution in single-phase TixTa1-xN alloys of rocksalt structure,

J. Appl. Phys. 110 (2011) 043535. 10.1063/1.3622585

A. Fillon, G. Abadias, A. Michel, C. Jaouen, Stress and microstructure evolution during growth by magnetron sputtering of low-mobility metal films: Influence of the nucleation conditions,

Thin Solid Films 519 (2010) 1655-1661. 10.1016/j.tsf.2010.07.091

A. Fillon, G. Abadias, A. Michel, C. Jaouen, P. Villechaise, Influence of phase transformation on stress evolution during growth of metal thin films on silicon,

Phys. Rev. Lett. 104 (2010) 096101. 10.1103/PhysRevLett.104.096101

G. Abadias, A. Debelle, A. Michel, C. Jaouen, F. Martin, J. Pacaud, Anisotropic strain-stress state and intermixing in epitaxial Mo(110)/Ni(111): a X-ray diffraction study,

J. Appl. Phys. 107 (2010) 023515. 10.1063/1.3284079

L. Belliard, A. Huynh, B. Perrin, A. Michel, G. Abadias, C. Jaouen, Elastic properties and phonon generation in Mo-Si superlattices,

Phys. Rev. B 80 (2009) 155424. 10.1103/PhysRevB.80.155424

Phases MAX & MXenes

Permanents :  Thierry Cabioc'h (Pr CNU28), Patrick Chartier (MdC CNU28), Sylvain Dubois (Pr CNU28), Véronique Gauthier-Brunet (MdC HDR CNU28), Vincent Mauchamp (MdC HDR CNU28), Jérôme Pacaud (MdC HDR CNU28)

Doctorants : Bertrand Levraut (2016-2019), Thomas Bilyk (2017-2020), Florian Brenet (2018-2021), Florian Brette (2019-2022), Axel Zuber (2019-2022)

Contexte et objectifs :

Cette action est axée sur la synthèse et la caractérisation de composés ternaires, appelés phases MAX, qui sont des carbures ou nitrures hexagonaux de formule générale Mn+1AXn ( n = 1, 2 ou 3) où M est un métal de transition, A est un élément du groupe A du tableau périodique et X est du carbone et/ou de l'azote. Ces matériaux sont généralement décrits comme un empilement de couches d'octaèdres M6X séparées par une couche de l'élément A, structure nanolamellaire qui confère à ces matériaux une combinaison remarquable de propriétés alliant celles des céramiques et des métaux. Nos travaux dans ce domaine couvrent différentes activités :

la synthèse de matériaux monophasés, aussi bien sous forme de matériaux massifs que de films minces ;

la synthèse de nouvelles phases MAX sous forme de solutions solides ;

la caractérisation des propriétés de transport et de la structure électronique ;

l'étude du comportement sous irradiation de films minces épitaxiés élaborés par voie PVD ;

l'étude des propriétés mécaniques (élastiques, dureté, module d’Young, plasticité, fluage, ...).

 

a) Schematic of a 312 MAX phase unit cell, b) HRTEM and SEM images of the nanolaminated structure, c) Cr2GeC resistivity anisotropy, d) Solid Solution effects on the mechanical properties, and e) Ti2AlN Density of States.

L'expertise développée dans le domaine de la synthèse des phases MAX a également permis la synthèse de nouveaux composés bidimensionnels : les MXènes. Ces matériaux, découverts en 2011 et obtenus par exfolliation de l'élément A de la phase MAX, forment une nouvelle classe de carbures de métaux de transition 2D aux compositions chimiques variées (du fait du très grand nombre de phases MAX existentes) et aux propriétés encore mal connues. Outre la synthèse de MXènes de type Ti3C2 ou Ti2C, leurs propriétés structurales et électroniques ont été étudiées par XRD, TEM, EELS couplées à des calculs ab initio avec une attention particulière portée sur le rôle des groupes de surface dans leurs propriétés électroniques. Ces groupements ont notamment une importance majeure pour les applications très prometteuses de ces systèmes dans le domaine du stockage de l'énergie.

Collaborations : Pr. M.W. Barsoum (Drexel Univ.), Dr. P. Eklund (Linköping Univ.), Pr. L. Piraux (Univ. catholique de Louvain), Dr. G. Hug (ONERA), Dr. N. Jaouen (Synchrotron SOLEIL), S. Célérier (IC2MP, Poitiers)

Programmes de recherche : H2020 Il Trovatore, FEDER NanoTrans, ANR MXene-CAT

Principales publications récentes :

S. Célérier, S. Hurand, C. Garnero, S. Morisset, M. Benchakar, A. Habrioux, P. Chartier, V. Mauchamp, N. Findling, B. Lanson, E. Ferrage, Hydration of Ti3C2Tx MXene: An interstratification process with major implications on physical properties,

Chem. Mater. 31 (2019) 454-461. 10.1021/acs.chemmater.8b03976

M. Nechiche, T. Cabioc'h, E. Caspi, O. Rivin, A. Hoser, V. Gauthier-Brunet, P.  Chartier, S. Dubois, Evidence for symmetry reduction in Ti3(Al1-deltaCudelta)C2 MAX phase solid solutions,Inorg. Chem. 56 (2017) 14388-14395. 10.1021/acs.inorgchem.7b01003

X. Wang, C. Garnero, G. Rochard, D. Magne, S. Morisset, S. Hurand, P. Chartier, J. Rousseau, T. Cabioc'h, C. Coutanceau, V. Mauchamp, S. Célérier, A new etching environment (FeF3/HCl) for the synthesis of two-dimensional titanium carbide MXenes: a route towards selective reactivity vs. water,J. Mater. Chem. 5 (2017) 22012-22023. 10.1039/c7ta01082f

A. Nassour, V. Mauchamp, S. Dubois, Interplay between nanolaminated structure and electron-phonon coupling in Ti-based MAX phases,

Phys. Rev. B 94 (2016) 205131. 10.1103/PhysRevB.94.205131

T. Lapauw, J. Halim, J. Lu, T. Cabioc'h, L. Hultman, M. W. Barsoum, K. Lambrinou, J. Vleugels, Synthesis of the novel Zr3AlC2 MAX phase,

J. Eur. Ceram. Soc. 36 (2016) 943-947. 10.1016/j.jeurceramsoc.2015.10.011

T. Lapauw, K. Lambrinou, T. Cabioc'h, J. Halim, J. Lu, A. Pesach, O. Rivin, O. Ozeri, E. N. Caspi, L. Hultman, P. Eklund, J. Rosen, M. W. Barsoum, J. Vleugels, Synthesis of the new MAX phase Zr2AlC,

J. Eur. Ceram. Soc. 36 (2016) 1847-1853. 10.1016/j.jeurceramsoc.2016.02.044

E. N. Caspi, P. Chartier, F. Porcher, F. Damay, T. Cabioc'h, Ordering of (Cr,V) layers in nanolamellar (Cr0.5V0.5)n+1AlCn compounds,

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Permanents :  Thierry Girardeau (Pr CNU28), Simon Hurand (MdC CNU28), Fabien Paumier (MdC HDR CNU28), Rolly Gaboriaud (Pr Em.)

Chercheur associé :  Cyril Dupeyrat (SAFRAN Electronics & Defense)

Doctorants : Cécile Marsal (2019->2022)

Contexte et objectifs :

L'activité concerne l'élaboration et l'étude de films d'oxydes obtenus par la technique GLAD (GLancing Angle Deposition), qui permet de contrôler l'architecture à l'échelle nanométrique de films minces ou multicouches via l'introduction de porosité. Ces études, qui s'inscrivent dans un contexte d'applications optroniques multispectrales, portent aujourd'hui sur deux classes d'oxydes : les diélectriques (type TiO2, SiO2, ...) et les TCO (oxydes conducteurs et transparents type ZnO, ITO, ...). Pour les diélectriques, la technique GLAD présente l'avantage du contrôle des indices optiques via le contrôle de la porosité. C'est une avancée importante dans l'optimisation des fonctions optiques des dispositifs optroniques (antireflets, lame dichroïque, filtres, miroirs, ...) car la technique ouvre la voie à des profils d'indice jusqu'à présent inaccessibles expérimentalement. Notons à ce stade que cet avantage ne se limite pas au domaine du visible (utilisation d'oxydes préférentiellement) mais peut également être étendu à l'optique infrarouge, domaine spectral sur lequel le nombre de matériaux (et donc d'indices) potentiellement utilisables est initialement faible. Pour les TCO, les potentialités de la technique GLAD ont été initialement exploitées pour augmenter la transmission optique (via la modulation de l'indice optique) tout en conservant le caractère conducteur des oxydes. En outre, ces architectures nanométriques nouvelles font apparaître des comportements tout aussi nouveaux (anisotropie, anomalie de propriétés électriques) qui amènent à revisiter finement les corrélations entre ces propriétés et les conditions de croissance, la nanostructure, les surfaces, les défauts, etc. En plus de leurs performances applicatives démontrées notamment dans le cadre de collaborations industrielles étroites avec la société Safran Electronics & Defense, ces recherches revêtent un caractère fondamental certain. D'un point de vue global, ces recherches académiques portent sur l'étude des propriétés physiques (principalement optiques et de transport électrique) de films minces nanostructurés, propriétés très affectées par les effets de dimensionnalité.

 

Programmes de recherche : FEDER IMATOP, LabCom PRIMEO (SAFRAN Electronics & Defense)

 

Principales publications récentes :

B. Lacroix, A. J. Santos, S. Hurand, A. Corvisier, F. Paumier, T. Girardeau, F. Maudet, C. Dupeyrat, R. Garcia et F. M. Morales, Nanostructure and physical properties control of indium tin oxide films prepared at room temperature through ion beam sputtering deposition at oblique angles,

J. Phys. Chem. C 123 (2019) 14036-14046. 10.1021/acs.jpcc.9b02885

F. Maudet, B. Lacroix, A. J. Santos, F. Paumier, M. Paraillous, C. Dupeyrat, R. Garcia, F. M. Morales et T. Girardeau, Towards perfect MWIR transparency using oblique angle deposition,

Appl. Surf. Sci. 470 (2019) 943-950. 10.1016/j.apsusc.2018.11.176

B. Lacroix, R. J. Gaboriaud, F. Paumier, Fundamental aspects about the first steps of irradiation-induced phase transformations in fluorite-related oxides,Acta Materiala 153 (2018) 303-323. 10.1016/j.actamat.2018.04.058