Growth of phosphorene by epitaxy on Au(110), Ni(111) and Ni(110)

Croissance du phosphorène par épitaxie sur Au(110), Ni(111) et Ni(110) Ces dernières années, les matériaux bidimensionnels (2D) ont suscité un intérêt croissant en raison de leurs propriétés physiques et chimiques exceptionnelles. Parmi eux, le phosphorène, un semi-conducteur 2D composé d'un seul élément, se distingue par son gap direct et modulable, ce qui en fait un candidat prometteur pour des applications optoélectroniques. Contrairement au phosphore noir massif, le phosphorène présente des propriétés électroniques et optiques uniques qui varient en fonction du substrat sur lequel il est déposé. L'interaction avec le substrat joue un rôle crucial dans la stabilisation et la modulation des caractéristiques du phosphorène, motivant ainsi l'exploration de nouveaux substrats et de leurs effets sur ce matériau. L'épitaxie par jet moléculaire (MBE) est une méthode efficace pour une croissance contrôlée du phosphorène sur différents substrats, permettant ainsi la formation de structures de grande surface et de haute qualité, contrairement à la technique d'exfoliation du phosphore noir. Cependant, les interactions entre le substrat et le phosphorène restent mal compris. Par conséquent, notre étude vise à explorer la croissance et les propriétés du phosphorène sur différents substrats métalliques afin de mieux comprendre leur influence sur sa structure cristalline, sa morphologie et sa structure électronique. Dans ce travail, nous avons utilisé la technique MBE pour faire croître du phosphorène sur trois substrats métalliques : Au(110), Ni(111) et Ni(110). La morphologie des films a été caractérisée par microscopie à effet tunnel à basse température (LT-STM), révélant différentes structures de phosphorène. La diffraction des électrons lents (LEED) a été employée pour caractériser la structure cristalline et identifier la possible formation de superstructures induites par l'interaction avec le support métallique. De plus, la spectroscopie des électrons Auger (AES) et la spectroscopie de photoélectrons X (XPS) ont été utilisées pour sonder les structures chimiques des surfaces avant et après la croissance du phosphorène. Les propriétés électroniques du phosphorène déposé ont également été étudiées à l'aide de la spectroscopie de photoémission résolue en angle (ARPES) et de la spectroscopie à effet tunnel (STS). L'ARPES nous a permis de cartographier la structure de bande du phosphorène, tandis que la STS a fourni des informations complémentaires sur la densité d'états locale. Afin d'appuyer nos observations expérimentales, des calculs basés sur la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) ont été réalisés. Les résultats théoriques ont montré une bonne concordance avec les mesures expérimentales. En conclusion, cette étude a mis en évidence de nouvelles structures de phosphorène sous forme de films bidimensionnels ou de rubans, offrant ainsi des perspectives prometteuses pour son intégration dans des dispositifs électroniques et optoélectroniques.