Barre 22-23, 3e étage, pièce 317
Ludovica Zullo, doctorante dans l’équipe Spectroscopie des nouveaux états quantiques.
Propriétés émergentes des matériaux misfit lamellaires à partir des premiers principe
Résumé
Les matériaux misfit lamellaires (misfit layer compounds (MLCs)) sont des hétérostructures composées de couches de dichalcogénures de métaux de transition (TMD) en sandwich avec des couches de chalcogénures rocksalt. Ces structures abritent une supraconductivité de type Ising, des ondes de densité de charge et de bonnes propriétés thermoélectriques. Cependant, la recherche s’est principalement concentrée sur des composés spécifiques et une synthèse par essais et erreurs, ce qui a entravé l’exploration des propriétés émergentes des misfits en raison d’un manque de vision global. Notre travail propose une perspective originale en dérivant les propriétés des misfits à partir de celles de leurs couches constituantes. Nous identifions le mécanisme fondamental régissant le transfert de charge et démontrons comment l’injection de charge dans les couches de TMDs peut être efficacement contrôlée par l’alliage chimique dans l’unité rocksalt. Nous montrons que les misfits se comportent comme un agencement périodique de transistors à effet de champ ultra-ajustables, permettant des effets de charges massifs. Nous établissons une stratégie pour étudier les propriétés électroniques et vibrationnelles des MLCs, mettant en évidence la nature bidimensionnelle de la dynamique du réseau des TMDs dans ces hétérostructures tridimensionnelles. Enfin, nous présentons une étude approfondie de la supraconductivité dans les MLCs, en estimant des températures critiques et en les comparant avec les données expérimentales existantes. Notre travail fournit une caractérisation complète de ces hétérostructures, visant à guider la conception de matériaux avec des propriétés émergentes ciblées pour de futures applications dans des dispositifs électroniques.
Mots clés: hétérostructures, dichalcogénures de métaux de transition, transfert de charge, propriétés émergentes, supraconductivité.
Emergent properties of misfit layer compounds from first principles
Abstract
Misfit layer compounds (MLCs) are heterostructures composed of rocksalt units stacked with few-layers transition metal dichalcogenides (TMDs). They host Ising superconductivity, charge density waves, and good thermoelectricity. However, research has mostly focused on specific compounds and trial-and-error synthesis, making the design of misfits’ emergent properties hindered by a lack of a global picture. Our work offers an original perspective by deriving misfits’ properties from those of their constituent layers. We identify the fundamental mechanism governing charge transfer and demonstrate how charge injection into the TMD layers can be effectively controlled through chemical alloying in the rocksalt unit. We show that misfits behave as a periodic arrangement of ultra-tunable field-effect transistors, allowing for massive chargings. We establish a strategy to study the electronic and vibrational properties of MLCs, highlighting the two dimensional nature of the lattice dynamics of TMDs in these three dimensional hetrostructures. Finally, we present an in-depth study of superconductivity in MLCs, estimating critical temperatures and comparing with existent experimental data. Our work provides a complete characterization of these heterostructures, aiming to guide the design of materials with targeted emergent properties for future device applications.
Keywords: heterostructures, transition metal dichalcogenides, charge transfer, emergent properties, superconductivity
Jury
Marina Rucsandra Filip (Rapporteure) – Associate professor (University of Oxford)
Claudio Attaccalite (Rapporteur) – Directeur de recherche (CINAM-Aix-Marseille Université)
Claudine Katan (Examinatrice) – Directrice de recherche (Institut des Sciences chimiques de Rennes)
Andrea Gauzzi (Examinateur) – Professeur des universités (Sorbonne Université)
Pierluigi Cudazzo (Examinateur) – Chargé de recherche (Università di Trento)
Tristan Cren (Co-directeur de thèse) – Directeur de recherche (CNRS, Sorbonne Université)
Matteo Calandra (Co-directeur de thèse) – Professeur des universités et Directeur de recherche (Università di Trento, CNRS)
