HETEROstructures de Van der Waals unidimensionnelles – HeteroBN-C

Le projet HETEROBN-C a pour objectif la synthèse contrôlée d'hétérostructures unidimensionnelles (1D) de van der Waals (VdW) composées de nanotubes de carbone (CNTs) suspendus recouverts de nitrure de bore hexagonal (hBN) et l'étude de leurs propriétés structurelles et optiques. En regard des améliorations et des nouvelles propriétés physiques observées dans les hétérostructures bidimensionnelles de VdW, les effets de courbure et de confinement dus à la basse dimensionnalité des hétérostructures 1D de VdW, les rendent fortement prometteuses. Ces nouvelles hétérostructures sont particulièrement intéressantes pour des applications dans les domaines tels que les capteurs, l’optique quantique et le marquage biologique. Une attention particulière sera accordée à la compréhension de la croissance du hBN par dépôt de couches atomiques (ALD) sur/à l’intérieur des CNTs monoparois (SWCNTs) suspendus et de la relation entre la structure et les propriétés optiques (émission excitonique, luminescence...) de ces matériaux 1D de VdW. On s’attachera à développer une approche permettant le contrôle précis du dépôt de hBN sur les parois internes et externes des nanotubes de carbone. Le mécanisme de croissance et l'interaction qui en résulte à l'échelle nanométrique seront étudiés en fonction des paramètres de dépôt ALD, par microscopie électronique à transmission à haute résolution combinée à des calculs DFT. En effet, le contrôle des interfaces de telles hétérostructures de VdW passe par la compréhension de la croissance du BN à la fois sur les parois interne et externe des SWCNTs. Les caractéristiques de l'interface (espacement inter-tubes, orientations respectives…), supposées influencer fortement le couplage de VdW et donc les propriétés électroniques et optiques, seront étudiées (1) dans le proche IR et (2) dans l’UV profond. Dans le premier domaine spectral, nous nous intéresserons à la réponse optique des nanotubes de carbone, et notamment à la limite intrinsèque de leurs propriétés (émission excitonique unidimensionnelle limitée radiativement) grâce à l'encapsulation par hBN. Le second domaine spectral correspondant au domaine de réponse optique du BN, la luminescence du BN déposée sur la paroi interne des CNTs sera examinée.