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LA RECHERCHE à l'IEMN
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Département « Matériaux Nanostructures et Composants »

Le département « Matériaux Nanostructures et Composants » regroupe les recherches les plus fondamentales menées à l’IEMN, incluant les activités des groupes :

  • Epitaxie et Physique des hétérostructures (EPIPHY)
  • Nanostructures nanoComposants et Molécules (NCM)
  • Physique
  • SubLambda

Les études portent sur les films minces, les hétérostructures, les structures périodiques (2D, 1D, 0D), l’optique, l’acoustique, l’optoélectronique, les nanotechnologies et l’électronique organique et bio-inspirée. Les travaux expérimentaux et théoriques sont menés de concert dans ces différentes thématiques.

Ces sujets font partie intégrante de la plupart des projets phares de l’IEMN : Life On Chip (NCM, Physique), Telecom UHD (EPIPHY, Physique, SubLambda), Smart Energy (EPIPHY, NCM, Physique, SubLambda), Neuromorphic Technologies (NCM), IoT (Physique, SubLambda).

Ludovic DESPLANQUE
ludovic.desplanqueiemn.fr

MATERIAUX
Elaboration et caractérisation de nanomatériaux composites organiques/inorganiques

·        Matériaux carbonés pour l’absorption électromagnétique THz

·        Matériaux thermoélectriques haute température

► Groupe EPIPHY
Structure et propriété dynamiques des matériaux

Nanoparticule d’or fonctionnalisée par une monocouche moléculaire (JPCC 2015, DOI: 10.1021/acs.jpcc.5b05839)

·        Thermodynamique et physico-chimie des systèmes nanostructurés, agrégats macromoléculaires et biomolécules à température et pression finies et sous contrainte (mécanique, chimique) par simulations numériques.

·        La gamme des phénomènes physico-chimiques d’intérêt s’étend de l’ordre supramoléculaire jusqu’à l’adhésion interfaciale et l’agrégation, la mécanique microscopique et les dommages de radiation dans les biomolécules.

► Groupe Physique / Equipe Namaste
NANOSTRUCTURES
Croissance et caractérisation d’hétérostructures de semiconducteurs 1D et 2D

·        Croissance par épitaxie par jets moléculaires (EJM) et caractérisation physique d’hétérostructures à base de semiconducteurs III-V pour applications opto et microélectroniques et pour la physique mésoscopique.

·        Croissance sélective de nanostructures 1D planaires de matériaux III-V (InGaAs, InAs, InSb…) par épitaxie par jets moléculaires.

·        Epitaxie par jets moléculaires de matériaux 2D (graphène, hBN et dichalcogéniures de métaux de transitions)

Nanofil d’InAs suspendu (Nanotechnology 2019, DOI: 10.1088/1361-6528/aaebbd)

► Groupe EPIPHY
Phénomènes de transport, propriétés optoélectroniques/photovoltaïques et études théoriques de nanostructures semiconductrices

Images STM de nanofil d’InAs (Nanoletters 2019, DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b03584)

·        Etudes spectroscopiques théoriques et expérimentales de nanostructures semiconductrices 0D dans le but de sonder leurs propriétés électroniques, optiques et photovoltaïques au niveau de la nanoparticule unique, incluant la microscopie en champ proche (STM, AFM/EFM/KFM) et les propriétés de transport de nanofils Si et III-V.

·        Etude théorique de la structure électronique et du transport de chaleur dans des nanostructures 1D (nanofils semiconducteurs, nanotubes de carbone et de nitrure de bore) pour composants électroniques ultimes.

► Groupe Physique / Equipes Namaste, Physics of Nanostructures & Quantum Devices et Electrostatics and Physics of Nanosructures
Nanostructures pour l’électronique organique et moléculaire

·       Physique des nanostructures à base de matériaux organiques et/ou des systèmes hybrides impliquant des molécules organiques, des polymères, des oxydes, des nanostructures métalliques et/ou semi-conductrices.

Dispositif de lentille à indice négatif

► Groupe NCM
Conception et caractérisation de métamatériaux

·       Conception, fabrication et caractérisation de dispositifs mettant en jeu les technologies métamatériaux. Le spectre de ces dispositifs va des micro-ondes à l’optique en passant par les bandes Térahertz.

► Groupe SubLambda
Phononique/Phoxonique, plasmonique et nanoacoustique dans des matériaux micro et nanostructurés

·       Etude théorique de la propagation des ondes acoustiques dans des cristaux phononiques et de l’interaction phonon-phonon dans les cavités phoXoniques et les guides d’ondes.
·       Théorie de la propagation et du filtrage des plasmons-polaritons de surface dans les guides d’ondes métal-isolant ; résonance de plasmons de surface localisée dans des réseaux de nanostructures d’or pour des applications en biocapteurs.
·       Caractérisation expérimentale des propriétés mécaniques de films minces et des vibrations de nano-objets par acoustique picoseconde.

►Groupe Physique / Equipe EPHONI et Nanoacoustique
► Groupe Physique / Equipe Nanoacoustique and Nanoacoustique
COMPOSANTS

Simulation de composants électroniques et optoélectroniques

Physique fondamentale des matériaux, des semi-conducteurs ou des ferroélectriques, utilisés en électronique et en optoélectronique, pour la modélisation de dispositifs ou de petits circuits.


► Composants moléculaire, organique et bio-inspirés

Conception, fabrication et étude de composants moléculaires fonctionnels, de transistors électrochimiques organique, capteurs à base de molécules, transistors organiques, diode de rectification à base de matériaux organique, mémoires et commutateurs moléculaires, memristors, synapstors (transistor-synapse) pour les architectures neuro-inspirées et l’interfaçage avec les signaux biologiques

Modélisation d’un dispositif THz

► Composants mesoscopiques et dispositifs tunnel permettant d’étudier les propriétés électroniques des nanostructures III-V
Transistors à nanofils planaires

Transistors à nanofils planaires

https://doi.org/10.1007/s12274-019-2572-8

Diodes tunnel à nanofils planaires

Diodes tunnel à nanofils planaires

https://dx.doi.org/10.1088/1361-6528/ac45c5

► Groupe NCM
MOYENS
Pour les travaux théoriques et de simulations, les principales techniques utilisées sont :
  • La simulation multi-échelle et par éléments finis (COMSOL, Netgen/NGSolve)
  • La dynamique moléculaire pour l’analyse des interactions molécule-surface
  • Les méthodes semi-empiriques (liaisons fortes) et ab-initio (DFT) appliquées à la structure électronique des nanostructures et des interfaces entre semi-conducteurs et oxydes à fort désaccord de maille
  • L’équation de Boltzmann et les méthodes de fonctions de Green pour le transport électronique
Sur le plan expérimental, nous bénéficions de moyens techniques importants issus pour la plupart des plateformes de l’IEMN :
  • 3 réacteurs EJM dédiés à l’épitaxie de semiconducteurs III-V, de graphène/hBN et de dichalcogénures de métaux de transition
  • 2 fours CVD pour la croissance de graphène sur métaux et de nanofils à base de Si/Ge, un équipement d’analyse de surfaces (ESCA)
  • 8 microscopes champ proche (4 systèmes sous atmosphère ambiante et 4 systèmes sous UHV)
  • Un banc de µ-photoluminescence & Raman
  • 1 cryostat pour des mesures électriques basse température sous champ magnétique
  • Un banc d’acoustique picoseconde
  • Une plateforme pour les composants et matériaux organiques (3 boîtes à gants permettant le dépôt en solution ou sous vide et des mesures électriques)
  • Un laboratoire de chimie pour la synthèse organique.
  • Les départements de recherche
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    • Groupe : AIMAN-FILMS
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    • Groupe : BioMEMS
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      • Dispositifs à faible consommation énergétique pour la santé
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      • Dispositifs de micro-stockage de l’énergie pour les objets connectés
      • Circuits/systèmes à efficacité énergétique
      • Caractérisation radiofréquence multi-échelle
    • Groupe : SUBLAMBDA
      • Membres
      • Offre de Thèse
      • Offre de Post-Doctorat
    • Groupe : EPIPHY
      • Team members
        • Clément Barbot
        • Corentin Sthioul
        • Eric Faulques
        • Naveed Stegamat
        • Niels Chapuis
        • Walter BATISTA PESSOA
        • Konstantinos Papatryfonos
        • Konstantinos Papatryfonos
        • Ludovic DESPLANQUE
        • Wijden KHELIFI
        • Jawad HADID
        • Djamila HOURLIER
        • Dominique VIGNAUD
        • Xavier WALLART
      • Masters – PhDs
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    • Groupe : PHOTONIQUE THz
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        • Fuanki BAVEDILA
        • Maximilien BILLET
        • Sara BRETIN
        • Yann DESMET
        • Guillaume DUCOURNAU
        • Kevin FROBERGER
        • Cybelle GONCALVES
        • Michael HAKL
        • Tomáš HORÁK
        • Jean-François LAMPIN
        • Quyang LIN
        • Sergey MITRYUKOVSKIY
        • Romain PERETTI
        • Emilien PEYTAVIT
        • Oleksandr STEPANENKO
        • Joan TURUT
        • Mathias VANWOLLEGHEM
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    • Groupe : PUISSANCE
      • Actualités du groupe PUISSANCE
      • Projets européens/Internationaux/PIA/ANR
      • Members
        • Marie LESECQ
        • Nicolas DEFRANCE
        • Jean-Claude DE JAEGER
        • Christophe GAQUIÈRE
      • Research
        • AlGaN/GaN HEMT thermal modeling and characterization
        • Measurement above 110GHz
        • Modelling of GaN-HEMT for high efficiency power converters
        • Nanoribbon-channel AlGaN/GaN HEMTs
        • New technological routes to improve thermal managements in GaN HEMTs
        • Power performance at 40GHz of AlGaN/GaN HEMTs on silicon substrate
        • Temperature monitoring of operating AlGaN/GaN HEMTs
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