Nano-engénierie 2D à haute pression : au-dela de la straintronique – 2D-PRESTO

Notre projet vise à révolutionner la straintronique des systèmes 2D par une approche novatrice que nous avons baptisée "straintronique 2D-perpendiculaire", c'est-à-dire la modulation des propriétés physiques des matériaux 2D par application d'efforts mécaniques perpendiculaires aux plans 2D. Avec 2D-PRESTO, nous visons à : (O1) élaborent de nouveaux nanomatériaux 2D grâce à de nouveaux schémas de liaison entre les couches apparaissant à haute pression. (O2) Moduler les propriétés physiques des systèmes 2D - optique, électronique, plasmonique, supraconductivité - en accordant l'interaction entre les couches de systèmes 2D à deux ou n-couches, y compris avec des intercalants. (O3) 2D-PRESTO proposera également des méthodes pour exploiter les caractéristiques de la straintronique perpendiculaire pour des applications ainsi que pour valoriser les résultats scientifiques du projet par des brevets ou des publications à fort impact.
Nous voulons poser les bases de l'ingénierie de contraintes perpendiculaires des nano-systèmes de faible dimension par l'étude des systèmes les plus simples possibles et les mieux contrôlés : des empilements suspendus – sans substrats - de nano-objets 2D individuels dans lesquels l'interaction entre couches est réglée en continu par application d’une pression externe dans un environnement contrôlé (utilisation d'hélium ou autres gaz rares ou des liquides comme milieux transmetteurs de la pression). Nous avons développé au cours des dernières années tous les outils nécessaires à la réussite du projet : substrats techniques, méthodes haute pression pour les nanosystèmes, spectroscopies in situ avancées et stratégies de modélisation. Les échantillons sont en suspension sur des substrats lithographiés adaptés aux dispositifs de pression (cellules à enclumes de diamant) et couplés à des spectroscopies vibrationnelles résonnante et non-résonnante, à la spectroscopie de modulation spatiale et aux mesures électroniques de transport pour explorer les possibilités offertes par cette nouvelle approche.
Différents systèmes 2D comme le graphène, le nitrure de bore hexagonal, les TMDs (MoS2,...) mais aussi les nouveaux systèmes 2D seront explorés en variant le nombre de couches, le choix de l'empilement (homo ou hybride), l'orientation entre couches (angle de torsion), l'environnement (gaz rares, milieux favorisant des liaison -OH, -H) et la possibilité de combiner par intercalation les paramètres de dopage et/ou nanostructuration.
Nous avons rassemblé tout le savoir-faire et les outils techniques nécessaires à la réussite d'un projet : expertise dans l'élaboration de nanosystèmes 2D, expertise dans l'étude (expérimentale et théorique) de nano-objets sous pression ou le développement des spectroscopies avancées nécessaires au projet.
Avec cette stratégie, nous visons à transformer la straintronique 2D d'aujourd'hui, qui est essentiellement une discipline dans le plan, en un paysage plus vaste grâce à la modulation continue des interactions entre les couches des systèmes 2D y compris les empilements hybrides. La compressibilité perpendiculaire dans les systèmes multicouches de type van der Waals est des centaines de fois plus importante que la compressibilité dans le plan. Nous explorerons non seulement une nouvelle approche pour l'ajustement des propriétés physiques du système 2D (électronique, optique, mécanique...) que l'on retrouve dans les nanocomposites à matrice densifiée, mais nous développerons également une méthode pour élaborer de nouveaux capteurs et concevoir de nouveaux nanomatériaux 2D à fort potentiel pour des applications telles que la supraconductivité, la plasmonique, la récupération d'énergie (photovoltaïque, thermoélectricité), les capteurs,... Certains développements techniques dans ce projet devraient également trouver une application commerciale directe dans une collaboration en cours avec une PME.