Amphithéâtre Charpak
Laurita Florean, doctorante dans l’équipe Physico-chimie et dynamique des surfaces
Étude expérimentale de l’adsorption de l’ammoniac et de la triethylamine sur le dumbbell silicène et le carbure de silicium
Résumé
Depuis l’isolement du graphène, les matériaux bidimensionnels (2D) ont été largement étudiés pour leurs propriétés uniques, distinctes de celles de leurs équivalents 3D. Parmi eux, le silicène a suscité une attention particulière, car le silicium est le composant de base de l’industrie des semi-conducteurs. Bien que le silicium n’ait pas une structure 3D semblable à celle du graphite, la théorie de la fonctionnelle de la densité a prédit l’existence du silicène dans une forme métastable autoportante, présentant un réseau en nid d’abeilles ondulé et une structure électronique similaire à celle du graphène. En raison de sa réactivité importante, la possibilité de moduler les propriétés électroniques du silicène par adsorption moléculaire en fait un candidat prometteur pour les capteurs moléculaires très sensibles.
Un nouvel allotrope du silicium, connu sous le nom de Dumbbell Silicène (DBSi), a été récemment synthétisé sur une surface d’argent. Le DBSi présente une disposition périodique de paires de dumbbells, chaque site DB comportant un adatom de silicium avec une liaison pendante orientée vers l’extérieur du film, ce qui devrait constituer un site d’adsorption préférentiel pour des atomes ou molécules différentes. Ce système DBSi/Ag montre une certaine similarité avec la reconstruction (3×3) de SiC(0001), qui présente également une faible densité d’adatoms de silicium.
Durant ma thèse, j’ai étudié l’adsorption de l’ammoniac et de la triéthylamine (TEA) sur les surfaces de DBSi et de SiC à l’aide de la microscopie à effet tunnel (STM) et de la spectroscopie de photoélectrons induits par rayons X (XPS). À basse température (inférieure à 200 K), l’ammoniac est physisorbé sur deux sites : sur les DB et entre deux paires de DB. À des températures plus élevées, cependant, les molécules se chimisorbent de manière dissociative, les adatoms DB étant les sites d’adsorption préférentiels. En ce qui concerne les molécules de TEA, une transition d’un état physisorbé à un état chimisorbé est également observée, mais sans préférence particulière pour les sites DB.
Experimental study of ammonia and triethylamineadsorption on Dumbbell Silicene and Silicon Carbide
Abstract
Since graphene’s isolation, 2D materials have been widely studied for their unique properties, distinct from their bulk counterparts. Among them, silicene has gained special attention, as Si is the basic component of the semiconductor industry. Although silicon does not have a graphite-like bulk structure, density functional theory predicted silicene’s existence in a metastable free-standing form, featuring a buckled honeycomb lattice and an electronic structure similar to the one of graphene. Silicene being very reactive, the possibility of tuning its electronic properties by molecular adsorption makes it a promising candidate for a highly sensitive molecular sensor. A novel Si allotrope, known as dumbbell silicene (DBSi), has been recently synthesised on a silver surface. DBSi features a periodic arrangement of dumbbell pairs, where each DB site displays a Si adatom with a dangling bond pointing outward from the film, expected to be a preferential adsorption site for foreign atoms or molecules. This DBSi/Ag system shows some similarity to the (3×3) reconstruction of SiC(0001), which also features a low density of Si adatoms. In this thesis, I have studied ammonia and triethylamine (TEA) adsorption on DBSi and SiC surfaces using scanning tunneling microscopy (STM) and X-ray photoemission spectroscopy (XPS). At lower temperatures (bellow 200K) ammonia is found to physisorb on two sites: on top of DB and between two pairs of DB. At higher temperatures, however, the molecules chemisorb dissociatively, the DB adatoms being preferential sites of adsorption. Regarding TEA molecules, a transition from a physisorbed state to a chemisorbed one is also observed, but without a particular preference for the DB sites.
Jury
- Amandine BELLEC – Chargée de recherche (CNRS, MPQ) – Rapporteuse
- Azzedine BENDOUNAN – Scientifique de ligne (Synchrotron SOLEIL) – Rapporteur
- Bruno DOMENICHINI – Professeur (Université de Bourgogne, ICB) – Examinateur
- Laurence MASSON – Professeure (Aix-Marseille Université, CINaM) – Examinatrice
- Geoffroy PRÉVOT – Directeur de recherche (CNRS, INSP) – Directeur de Thèse
- Fabrice BOURNEL – Maître de conférences (Sorbonne Université, LCPMR) – Co-encadrant de Thèse
