Propriétés optiques et magnéto-optiques de systèmes électroniques purement bidimensionnels graphène

Malgre l'attention massive que le graphene a attire ces dernieres annees, beaucoup de questions concernant ses proprietes fondamentales restent sans reponse. Dans ce travail, nous presentons les resultats d'une serie d'experiences de magneto-optique effectuees sur des systemes de type graphene differents. La spectroscopie de diffusion micro-Raman a ete utilisee comme une methode de choix, en raison de son caractere non invasif, des puissantes possibilites de caracterisation qu’elle offre, et de la haute resolution spatiale. Les champs magnetiques eleves ont aussi ete utilises pour permettre d’ajuster de maniere continue l'energie des excitations electroniques inter-niveau de Landau et de les amener en resonance avec d'autres excitations existant dans le systeme. L’etude de l'evolution des excitations inter-niveau de Landau sous champs magnetique et les details de la resonance magneto-phonon, nous ont fourni des informations importantes sur les details de l'interaction electron-phonon dans le graphene. Trois types de graphene differents sont etudies dans ce manuscrit. Le premier se compose de flocons de graphene qui peuvent etre trouves sur la surface de graphite. Il est peut-etre le systeme de graphene le moins etudie, mais est celui qui presente la qualite electronique la plus eleve. Dans le chapitre 7, nous presentons les resultats de nos experiences de diffusion magneto-Raman sur ce systeme. Notre methode de localisation de ces flocons a l'aide ou non d'un champ magnetique est presente. L'evolution des excitations electroniques dans des champs magnetiques est discutee. Les effets de la temperature, la longueur d'onde d'excitation et de couplage different sur le substrat sont presentes. Nous demontrons que, pour des champs magnetiques eleves une structure fine des principales excitations electroniques inter-bande se developpe, et est discutee en termes de dopage et d’asymetrie electron-trou. Un nouveau type de resonance electron-phonon est observee, qui implique une diffusion inter-vallee des porteurs et l’emission d'un phonon au point K. Un procede analogue pour les phonons du voisinage du point Γ est observe. Le deuxieme systeme etudie est constitue d'un flocon de graphene encapsule entre deux couches de nitrure de bore hexagonal (hBN) plat a l’echelle atomique. Il est le representant d'une nouvelle classe de materiaux, ou les differents cristaux 2D, sont empiles les uns sur les autres dans un ordre predefini, pour modifier certaines proprietes de ses constituants. Deposer le graphene sur une mince couche de hBN ameliore largement ses proprietes electroniques, en comparaison a du graphene deposee sur Si/SiO2. Dans le chapitre 8, nous presentons des resultats obtenus sur ce systeme. Nous montrons comment la cartographie spatiale associee a la technique de spectroscopie Raman peut etre utilise pour la caracterisation et la visualisation selective des composants individuels et des structures complexes empiles. La premiere observation non ambigue de la resonance magneto-phonon et d’une excitation electronique (L -1,1) dans du graphene exfolie neutre est presentee. Une dependance de la vitesse de Fermi par rapport au champ magnetique est demontree. En outre, la dependance de la vitesse de Fermi et d’energie de bande 2D sur le substrat est observee et discutee en termes de d’ecrantage dielectrique de l'interaction electron-electron.Le dernier systeme etudie sont des flocons de graphene produit par croissance CVD, avec des contacts electriques. Dans le chapitre 9, nous detaillons les resultats d'une experience, ou la force de l'interaction electron-phonon dans un echantillon de graphene avec une grille electrostatique, peut etre ajustee, avec succes, par la tension de grille appliquee. Nous comparons ces resultats avec les calculs theoriques et nous montrons que les excitations electroniques intra-bande jouent un role important dans la renormalisation de l'energie des phonons.