Projet ANR-13-IS10-0003 – NANOTMD : Transport électrique et supraconductivité dans les nanocouches de Dichalcogenures de Métaux de transition.
Programme : Blanc – Accords bilatéraux 2013 - SIMI 10 - Nanosciences (Blanc – Accords bilatéraux 2013 - SIMI 10) 2013
Année de financement : 2013
Coordinateur du projet : Monsieur Matteo CALANDRA (Institut de Minéralogie et de Physique des Milieux Condensés)
Partenaires : Institut de Minéralogie, de Physique des Matériaux et de Cosmochimie; University of Luxembourg Physics and Material Sciences Research Unit
Montant : 207584.0 euros
Durée : 48 mois
Résumé : Les propriétés remarquables des dichalcogenures des métaux de transition (TMD) en forme massive ont été longuement étudiées dans le passé. Le diagramme de phase des TMD métalliques (NbSe2, TiSe2 , TaS2, …) montre la présence d’une onde à densité de charge qui à basse température coexiste avec la supraconductivité. Les TMD semi-conducteurs ont des mobilités élevées et sont fortement flexibles. A cause de leur grande flexibilité, ils sont utilisés dans l’électronique flexible.
Récemment, des couches ultraminces des TMD formées par 1-10 couches atomiques (nanocouches) ont été synthétisées soit par des techniques d’exfoliation ou par réduction laser. Ces développements expérimentaux majeurs ouvrent des nouvelles perspectives dans le développement de dispositifs flexibles à l’échelle nanométrique. En outre, la synthèse des nanocouches métalliques de TMD permet l’étude de la corrélation entre onde à densité de charge et supraconductivité en dimension réduite. Les TMD sont donc au cœur de la recherche dans le domaine des nanotechnologies et ils sont considérés des matériaux de frontière capable de surpasser le graphène dans les applications de nanoélectronique.
Dans ce projet, en utilisant les calculs ab initio basés sur la théorie de la fonctionnelle de la densité et l ‘approximation GW, nous allons étudier l’évolution des propriétés de transport électrique, des spectres optiques et Raman en fonction de l’épaisseur des nanocouches de TMD.
Dans les TMD semi-conducteurs, nous allons développer une théorie complète du transport électrique basée sur l’équation de Boltzmann. Le but sera de décrire la mobilité des nanodispositifs basés sur les TMD. Nous allons inclure les mécanismes intrinsèques (interaction électron-phonon) et extrinsèques (interaction avec le substrat) dans le calcul de la mobilité. La détermination du rôle des différents mécanismes intrinsèques est une étape cruciale dans la réalisation de nanodispositifs plus performants. 
Dans les TMD métalliques nous allons étudier l’évolution de l’onde à densité de charge et de la supraconductivité en fonction du nombre de couches. Même s’il y à un consensus en littérature sur l’origine de l’onde à densité de charge dans les TMD massifs (interaction électron-phonon), il n’y a pas de consensus sur le mécanisme à l’origine de la supraconductivité. Il n’est pas clair non plus si ces deux phénomènes sont présents dans les nanocouches ou s’ils ont lieu seulement dans les échantillons massifs. 
Enfin, nous allons aussi étudier les nanocouches métalliques obtenues par dopage électrochimique de nanocouches semi-conductrices.  Très récemment il a été montré que le dopage électrochimique de MoS2 génère un état supraconducteur (Tc=11K) dans une région de dopage très étroite. Il n’est pas clair si le mécanisme à l’origine de la supraconductivité est l’interaction électron-phonon ou la corrélation électronique. Il n’est pas non plus connu si d’autres TMD présentent des comportements similaires.
Dans ce projet, en réunissant les atouts et les complémentarités des équipes Parisienne et Luxembourgeoise, nous allons développer une approche théorique complète pour décrire les propriétés physiques des TMD massifs et des nanocouches. Grace à l’expérience de l’équipe Parisienne dans les domaines de l’interaction électron-phonon et de l’anharmonicité et aux compétences de l’équipe Luxembourgeoise dans le domaine de l’interaction électron-électron nous allons développer une approche théorique qui sera une référence dans l’étude des nanomatériaux à corrélation modérée.