Hétérostructures de van der Waals à écart angulaire contrôlé pour l'ingénierie des excitons à l'échelle nanométrique – TEXTURES

TEXTURES vise à comprendre et à contrôler les excitons (paires électron-trou liées) dans des empilements de matériaux 2D (hétérostructures de van der Waals, vdWH) présentant un désaccord angulaire (twist). Ces systèmes présentent des super-réseaux de moiré, dont les propriétés électroniques et optiques sont modulées à une longueur d'onde définie par l’angle de twist. Le projet TEXTURES est motivé par les récentes observations d'excitons de moiré dans les bicouches «twistées» de matériaux 2D, en particulier de dichalcogénures de métaux de transition semiconducteurs (TMD). L'ingénierie des excitons et des porteurs de charge dans les super-réseaux de moiré est très prometteuse pour la nano-(opto)électronique quantique, mais elle se heurte à des difficultés expérimentales majeures. En effet, les propriétés électroniques et optiques des vdWH sont régies par des effets intrinsèques et extrinsèques, qui se produisent tous à l'échelle (sub)nanométrique. Les avancées technologiques basées sur les matériaux 2D nécessitent des réponses aux questions ci-dessous :

Comment le désordre extrinsèque et les superpotentiels de moiré modifient-ils les propriétés optiques des matériaux 2D à l'échelle nanométrique?
Comment les excitons se localisent-ils dans les superpotentiels de moiré ? Quelles sont leurs propriétés optiques quantiques ?
Comment contrôler la dynamique picoseconde des excitons à l'échelle nanométrique ?
Les phénomènes de moiré existant à basse température persistent-ils à température ambiante ?
Pour répondre à ces questions, nous allons d'abord fabriquer et caractériser des vdWH ultra-propres avec un angle de twist contrôlé. Ensuite, nous utiliserons un microscope à effet tunnel (STM) équipé d'un accès optique pour réaliser une spectroscopie optique sub-picoseconde, avec une résolution spatiale jusqu'à l'échelle atomique. Ainsi, nous tenterons de résoudre des problèmes fondamentaux essentiels au développement de futures technologies basées sur la physique des moirés.