Thématiques principales
- Matériaux électrochromes plasmoniques
- Spectroscopies exaltées en surface (SERS – SEIRA)
- Hétérostructures de matériaux 2D
- Images STM de matériaux 2D
- Croissance des matériaux et diffusion atomique
Matériaux électrochromes plasmoniques
L’électrochromisme est la propriété qui permet la modulation réversible des propriétés optiques des matériaux.
L’électrochromisme plasmonique donne des perspectives pour agir indépendamment sur les réponses visibles et infra-rouge afin de pouvoir gérer de manière différentiée la lumière et la chaleur des bâtiments.
Dans ce contexte, à travers des approches électrodynamique et de premiers principes nos travaux portent sur
- L’effet des défauts sur les réponses optiques des nanostructures de semi-conducteurs de dopé (ITO, WO3, MoO3, …) par des approches quantiques de structure électronique associées à l’intelligence artificielle.
- L’électrodynamique des matériaux hybrides organiques/inorganiques
- Les mécanismes de transfert de charge entre systèmes.
Fig 1 : Effet de la dilution de nanoparticules de ITO sur la mesure de réflectivité diffuse (Lobet et al. ACS Appl. Opt. Mat. 2025)
Les spectroscopies exaltées en surface (SERS – SEIRA)
La détection de traces de composé joue un rôle crucial dans les applications industriels et médicales. Les spectroscopies vibrationnelles (Raman et Infra-rouge) sont des outils précieux mais souffrent d’une réponse faible. Le couplage avec des systèmes plasmoniques permet de découpler (d’exhalter) ces réponses.
Dans ce contexte, nous travaux portent sur les mécanismes fondamentaux permettant une analyse fine de ces spectroscopies et le rôle exacte de l’amplification du champ électromagnétique et de la densité d’états à travers des approches électrodynamique et de premiers principes.
Figure 2 : Fonction de perte du graphène corrugué. (Dobrik et al. Nature Nano 2022)
Figure 3 : Représentation schématique de l’effet d’exaltation des particules plasmoniques sur la spectroscopie Raman (SERS-droite) et ‘hot spot’ électromagnétique entre deux nanocylindres métalliques (droite) (de Colleu et al. J. Phys. : Photonics 2024)
Les hétérostructures de matériaux 2D
Figure 4 : Un modulation des propriétés des matériaux 2D est possible en formant des hétérostructures, c’est-à-dire des empilements de couches successives de matériaux identiques ou différents. Dans ce contexte, nous développons à la fois des approches de milieu effectif pour rendre compte des effets d’anisotropie caractéristique de ces composés et nous étudions les effets électroniques des empilements par des approches de premiers principes.
Figure 4 : Différents modèles pour l’étude des propriétés optiques des matériaux 2D (Majerus et al. PRB 2023)
Figure 5 : Effet de l’empilement sur la structure de bande électronique du graphene bi-couche (S. Latil. PRB 2007)
Images STM de matériaux 2D
Les images STM de matériaux 2D (graphene dopé, MoTe2, nanorubban) sont simulées par des approches de premiers principes (DFT) ou de liaisons fortes (TB).
Figure 6 : Simulation d’images STM de nanorubbans de graphene décrit dans un modèle TB+U. Effet du paramètre U et du niveau d’approximation (MF / Champ Moyen ou GW). (de Honet J. Phys : Condens Matter, 2023)
Figure 7 : Images STM du graphene dopé à l’azote. Simulation ab initio (gauche) et expérience (droite) dans différente conditions (F. Joucken et al. Phys. Rev. Mat. 2019)
Croissance des matériaux et diffusion atomique
Simulations atomistiques de réactions chimiques ou de diffusions d’atomes ou d’amas d’atomes dans le cadre de la croissance de diamond, de graphene et couche de BN.
Figure 8 : Chemin d’énergie minimum d’une molécule de H2 en interaction avec une surface de diamant non passivée. (Guillaume et al. Carbon 2024)
