Low-dimensional systems under extreme pressure conditions : environment and stability

Systèmes de basse dimensionnalité en condition de pression extrême : environnement et stabilité Les systèmes de basse dimensionnalité ont récemment ouvert des nombreuses perspectives pour le développement de nouvelles technologies en raison de leurs excellentes propriétés mécaniques, électriques et optiques. De plus, leur basse dimensionnalité les couple intrinsèquement au milieu qui les environne, qui peut ainsi être utilisé pour modifier leurs propriétés. Dans le présent travail, nous avons étudié le rôle de la pression en tant que variable thermodynamique pour augmenter l'interaction entre un échantillon et son environnement. Nous nous sommes principalement concentrés sur le graphène et ses empilements, ainsi que sur les nanotubes de carbone. Plusieurs développements instrumentaux ont été nécessaires pour ces études qui ont permis d'améliorer un système de transfert pour les matériaux 2D, de développer un système de cartographie spectroscopique et de perfectionner un système pour l'application de hautes pressions utilisant des enclumes en saphir. Grâce à ces outils, nous avons étudié, dans une première partie de ce travail, de nouvelles voies pour détecter et caractériser l'écrasement des nanotubes de carbone à haute pression. Nous avons utilisé la bande D Raman des nanotubes de carbone comme une nouvelle signature spectroscopique de leur effondrement vers une forme aplatie, ce qui nous a permis de détecter leurs changements de géométrie pour différents environnements. De plus, nous nous sommes concentrés sur l'étude des tubes individualisés et avons suivi l'évolution d'un nanotube de 1,68 nm de diamètre, en caractérisant les signatures de son écrasement par ses propriétés optiques et vibrationnelles. Dans une deuxième partie du travail, nous nous sommes concentrés sur l'étude du graphène et du graphène multicouche en examinant le rôle de l'environnement des systèmes bidimensionnels dans les expériences à haute pression. L'interaction avec le substrat sous-jacent a été étudiée en fabriquant des structures pour suspendre des systèmes bidimensionnels adaptées à la haute pression. Nous avons constaté une excellente transmission des contraintes mécaniques et des porteurs de charge entre les régions supportées et suspendues de l'échantillon dans le graphène bicouche. En utilisant des graphites minces, nos résultats montrent que la réponse à la pression de l'échantillon est affectée par la géométrie de la suspension et par une meilleure interaction chimique avec l'environnement dans la région suspendue. De plus, nous avons étudié les effets de l'eau sur la transition à haute pression du graphène bicouche en diamondène en créant une hétérostructure graphène/hBN ainsi qu'en interchangeant différents substrats. Nous avons découvert que, outre l'interaction chimique avec l'eau, la contrainte biaxiale induite par le substrat sur l'échantillon est un paramètre d'ajustement essentiel pour la transition, ouvrant ainsi des opportunités pour de nouvelles méthodes de fabrication du diamondène à haute pression.