Bonjour Johan. Vous êtes lauréat d’un projet doctorant financé par l’institut. En quoi consiste votre recherche ?
Le projet vise à développer une nouvelle génération de composants optoélectroniques qui combinent le meilleur des matériaux bidimensionnel (constitués d’une unique couche d’atome ou de molécules), en particulier en termes de transport, avec les propriétés optiques infrarouges des nano-cristaux.

Nous nous sommes fixés deux objectifs :
L’objectif premier est de démontrer la sensibilisation à la lumière du matériau 2D pour une énergie inférieure à sa bande interdite (la bande interdite détermine notamment le caractère isolant).
Les matériaux 2D présentent globalement une faible absorption en raison de leur faible épaisseur : un deuxième objectif de ce projet est de résoudre ce problème grâce à l’introduction d’un résonateur de lumière qui améliorera l’absorption de la lumière.

Quelles caractéristiques vous intéressent dans les matériaux 2D ?
Depuis le graphène (une couche de graphite), la communauté scientifique a développé de nombreux autres matériaux dont les caractéristiques semi-conductrices sont exploitées pour des dispositifs électroniques et optoélectroniques d’épaisseurs nanométriques. Parmi de nombreuses propriétés remarquables, les matériaux 2D sont facilement fonctionalisables : on couple les matériaux 2D avec des molécules ou des nanoparticules déposées en surface, ce qui leur confère de nouvelles propriétés.

Différentes structures hybrides à base de graphène ont montré des caractéristiques intéressantes d’absorption optique et de gain photoélectrique grâce à l’adsorption de boites quantiques. Mais ces structures souffrent de nombreuses limitations, comme un fort courant d’obscurité (courant résiduel), intrinsèquement lié à l’absence de bande interdite du graphène. D’autres matériaux semi-conducteurs comme le disulfure de molybdène n’ont pas ce défaut.

Un autre aspect qui nous intéresse est la plage spectrale. Nous visons des longueurs d’ondes de 3 à 5 micromètres, ce qui correspond à une fenêtre de transparence atmosphérique : dans cette gamme, l’imagerie et la détection à longue distance deviennent possibles.

Différentes structures hybrides à base de graphène ont montré des caractéristiques intéressantes d’absorption optique et de gain photoélectrique grâce à l’adsorption de boites quantiques. Mais ces structures souffrent de nombreuses limitations, comme un fort courant d’obscurité (courant résiduel), intrinsèquement lié à l’absence de bande interdite du graphène. D’autres matériaux semi-conducteurs comme le disulfure de molybdène n’ont pas ce défaut.

Un autre aspect qui nous intéresse est la plage spectrale. Nous visons des longueurs d’ondes de 3 à 5 micromètres, ce qui correspond à une fenêtre de transparence atmosphérique : dans cette gamme, l’imagerie et la détection à longue distance deviennent possibles.

Comment allez-vous procéder ?
Notre stratégie consiste à utiliser un matériau 2D à bande interdite intermédiaire tel que le séléniure d’indium. La valeur de la bande interdite est choisie de manière à ce que le courant d’obscurité soit réduit et en même temps facilite le transfert de charge depuis les nano-cristaux. Nous comptons utiliser des nano-cristaux de HgSe, qui présentent une absorption intra-bande dans la gamme micrométrique voulue.

La seconde partie du projet porte sur la conception d’un résonateur lumière-matière. Un premier aspect de la conception sera d’améliorer l’absorption de la lumière dans la gamme spectrale où les nano-cristaux absorbent. Une deuxième contrainte concerne la localisation spatiale de cette absorption. Nous cherchons à localiser l’absorption près de l’interface 0D/2D. Un tel mode électromagnétique peut être obtenu à partir de Fabry-Pérot planaire par exemple.

Comment s’est développée votre collaboration avec l’INSP ?
Emmanuel Lhuillier et moi nous connaissons depuis plus de 15 ans. Nous avons travaillé dans le même laboratoire, mais jamais sur les mêmes projets. Cependant, depuis quelques années nous avons remarqué une convergence de certaines de nos problématiques respectives, alors que nos domaines de recherches sont assez éloignés.

Pratiquement, cette collaboration combine le savoir-faire d’Emmanuel dans la synthèse de nano-cristaux et la fabrication de dispositifs optoélectroniques, et mon expérience sur le transport électronique dans les couches de matériaux 2D.

Le recrutement
Le recrutement est toujours en cours, nous cherchons des candidatures !
Nous avons évalué 7 candidatures et auditionné 3 candidat.e.s avec le jury ED/iMAT.
Nous avons fait circuler l’annonce sur les sites de nos laboratoires, le site de l’école doctorale, à l’université de Bologne (Italie), et sur les réseaux sociaux (Facebook, Linked-in). Nous avons placé la barre assez haute sur le recrutement.

Pourquoi avoir répondu à notre appel à projet ?
C’est assez simple : l’iMAT propose un important soutien financier à l’échelle de la faculté des Sciences et Ingénierie. Et par ces critères de sélection, l’appel à projet était une bonne occasion de mettre en avant ces problématiques en valorisant une collaboration équilibrée entre deux différents laboratoires : en effet, nos savoir-faire et équipements (transport, exfoliation pour l’IMPMC, nanocristaux et salle blanche à l’INSP) sont très complémentaires, une vraie synergie est au cœur de ce projet.