Physics of nanostructures
[MAPR2015]
[37.5h + 22.5h] 5 crédits
Cette activité se déroule pendant le 1er quadrimestre.
Enseignants : Jean-Christophe Charlier(coord.), Xavier Gonze, Luc Piraux
Langue d'enseignement : Anglais
Niveau : Second cycle
Objectifs (en termes de compétences)
A l'issue de cet enseignement, les étudiants seront en mesure de :
1. Décrire les caractéristiques et propriétés des plus importants systèmes structurés à l'échelle du nanomètre : aspects géométriques, électroniques, optiques, chimiques, et liés au transport (en particulier, transport de spin).
2. Mettre en uvre des modèles simples décrivant les propriétés physiques de nanostructures.
3. Présenter de nombreuses applications et suivre l'état de la recherche qui concerne la physique des nanostructures.
Objet de l'activité (principaux thèmes à aborder)
Résumé : Contenu et Méthodes
nanofils
1.1. Introduction
(Lois d'échelle et effets de taille, aspects expérimentaux de la physique
des agrégats, nanoobjets)
1.2. Structure électronique de nanostructures
(Systèmes périodiques et systèmes finis à une dimension ; comprendre la
structure électronique des nanosystèmes à deux et trois dimensions)
1.3. Les agrégats
(Agrégats de gas rares : facteurs géométriques ; agrégats métalliques :
facteurs électroniques ; agrégats de semiconducteurs
; agrégats ioniques et moléculaires; points quantiques)
1.4. Nanofils semiconducteurs et métalliques
(Sensitivité de la conductance de nanofils semiconducteurs, fils
d'épaisseur monoatomique)
Partie 2 : Nanostructures de carbone
2.1 Synthèse et mécanismes de croissance des fullerènes, nanotubes de
carbone et graphène
(Techniques de synthèse à basse température, techniques de synthèse à
haute température, diagnostics in situ, mécanismes de nucléation et de croissance
selon les approches de simulation par ordinateur)
2.2 Propriétés structurales (hélicités, tubes mono- et multi-couches,
défauts, fagots, jonctions, pointes ...) et caractérisation expérimentale
(microscopie électronique, diffraction, EELS, STM, Raman résonant,
fluorescence, absorption optique ...)
2.3. Propriétés électroniques et de transport des fullerènes, nanotubes
de carbone et graphène
(structure électronique, effets excitoniques, transport 1D et 2D,
spintronique, superconductivité, optoélectronique, émission de champ ...)
2.4. Propriétés mécaniques et chimiques des fullerènes, nanotubes de
carbone et graphène (manipulation à l'échelle nanoscopique, matériaux composites,
assemblages macroscopiques, dopage chimique, remplissage, fonctionalisation,
hétérostructures...)
2.5. Propriétés thermiques et optiques des fullerènes, nanotubes de
carbone et graphène
2.6. Applications (Electronique - transistors, écrans plats, électrodes
...; électromécaniques - actuateurs - NEMs, applications bio-chimiques,
nanosenseurs, stockage d'énergie,...)
Partie 3 : Spintronique
3.1. Spintronique
(Concepts, effets et matériaux)
3.2. Magnétorésistance géante
(Principe, géométrie CIP et CPP, accumulation de spin)
3.3. Magnetorésistance tunnel
(Principe, jonctions tunnel magnétiques)
3.4. Les nanofils magnétiques
(Méthodes de fabrication, magnétotransport dépendant du spin)
3.5. Nouvelles directions en spintronique
(Transfert de spin, électronique de spin et semiconducteurs, spintronique moléculaire, )
3.6. Applications et perspectives
Méthodes :
Cours magistraux, apprentissage par projet.
Autres informations (Pré-requis, Evaluation, Support, ...)
MAPR 1492 (Physique des matériaux) ou un cours équivalent.