Soutenance de thèse de Silvia Pandolfi

Silvia Pandolfi, doctorante dans l'équipe Design et étude de nouveaux matériaux à propriétés remarquables (DEMARE) soutientsa thèse le mercredi 13 décembre 2019 à 14 h 30.
IMPMC - Sorbonne Université - 4 place Jussieu, 75005 Paris, tour 23, 4e étage, couloir 22-23, salle 401

"Méthodes de synthèse à haute-pression pour des nouveaux matériaux à base de Si avec propriétés optoélectroniques remarquables et leur caractérisation"

Résumé

Dans cet ouvrage, le traitement à haute température et haute pression est utilisé pour développer et optimiser la synthèse de nouvelles formes exotiques du silicium. La synthèse de nouvelles phases de silicium est un point clé dans le développement futur de la technologies à base de silicium, en particulier l'énergie solaire. Le développement de nouveaux matériaux Si-bases à haut rendement pourrait faire face à la fois à l'optimisation des performances et à la réduction des coûts. Au niveau industriel, la haute pression a été principalement utilisée pour la synthèse des diamants et des matériaux super-durs, mais des études récentes ont prouvé qu'elle est également efficace pour la synthèse de nouveaux matériaux à base de silicium à propriétés remarquables pour les applications. Nous abordons ce défi sous tous ses aspects, à partir de l'étude des mécanismes de transition à haute pression jusqu’à la synthèse et à la caractérisation d'un nouveau matériau de silicium. Nous utilisons la diffraction in situ de rayons X à haute-pression haute-température pour observer et caractériser des transitions de phase du silicium et leur dynamique. Grâce à nos résultats, nous donnons de nouvelles perspectives capables de clarifier certains aspects du diagramme de phase du silicium qui étaient encore en discussion. Nous obtenons la première synthèse de silicium hexagonal pur, un défi de longue date dans le domaine. Grâce à notre échantillon de phase pure, nous caractérisons ses propriétés physiques et structurales. Nous prouvons que le silicium hexagonal obtenu à partir de haute pression est sous forme du polytype 4H (séquence d'empilement ABCB). D'autres caractérisations structurelles révèlent une nanostructure hiérarchique dans la morphologie de l'échantillon. La découverte et la caractérisation de nanoparticules quasi-2D accessibles à la manipulation ouvrent de nouvelles perspectives pour le développement de nouveaux dispositifs optoélectroniques.

"High-pressure pathways towards new functional Si-based materials with tailored optoelectronic properties and their characterization"

Abstract

In this work, high-pressure high-temperature treatment is used to develop and optimize synthetic pathways to new and exotic forms of silicon. The synthesis of new phases of silicon is a key point in the future development of Si-based technology, especially solar energy. Development of new Si-based materials with high-efficiency could cope with both the optimization of the performances and the reduction of the costs. At an industrial level, high-pressure has been mainly used for the synthesis of diamonds and super-hard materials, but recent studies have proved it is also efficient in the synthesis of new silicon-based materials with enhanced properties for applications. We tackle this challenge in all its aspects, starting from the study of transition mechanisms at high-pressure and arriving to the synthesis and characterization of a new silicon material. We use in-situ x-ray diffraction at high-pressure high-temperature conditions to monitor and characterize silicon phase transitions and their dynamics. Thanks to our results, we give new insights able to clarify some aspects of silicon phase diagram that were still matter of debate. We obtain the first synthesis of pure hexagonal silicon, a longstanding challenge in the field. Thanks to our pure-phase sample we characterize its physical and structural properties. We prove that hexagonal silicon obtained from high-pressure is in the form of 4H polytype (ABCB stacking sequence). Further structural characterizations reveal a hierarchical nanostructure in the pristine morphology of the sample. Discovery and characterization of discrete quasi-2D nanoparticles accessible for manipulation opens new perspectives for the design of new optoelectronic devices.

Jury

• M. Fernando RODRIGUEZ Professor – Universidad de Cantabria (Rapporteur)
• M. Romain VIENNOIS Chargé de Recherche – Université de Montpellier (Rapporteur)
• Mme Chrystèle SANLOUP Professeur – Sorbonne Université (Examinatrice)
• Mme Pascale ROY Beamline Scientist – SOLEIL Synchrotron (Examinatrice)
• Mme Leora E. DRESSELHAUS-COOPER Lawrence Fellow – Lawrence Livermore National Laboratory (Invitée)
• M. Alexandre COURAC Maître de Conférences – Sorbonne Université (Co-directeur de thèse)
• M. Yann LE GODEC Directeur de Recherche CNRS – Sorbonne Université (Directeur de thèse)