Matériaux bidimensionnels à changement de phase – 2DTransformers

Les transitions de phase structurales ont de nombreuses manifestations dans la vie de tous les jours, et ont donné lieu à diverses applications en technologies de l'information et pour le stockage de l'énergie par exemple. Elles reposent sur des matériaux fonctionnels, dont les propriétés changent de façon significative avec la transition de phase, sous l'effet d'un paramètre de contrôle. Ces matériaux ont jusqu'à présent été envisagés sous leur forme massive ou en tant que films minces. Les travaux sur les transitions de phase structurales à deux dimensions (2D), débutés dans les années 1970, se sont concentrés sur des réseaux d'atomes ou de molécules en faible interaction, qui sont peu adaptés à la mise en forme de matériaux fonctionnels pertinents pour des applications. Les cristaux 2D, qui ont une plus forte cohésion, apportent de nouvelles opportunités dans cette perspective applicative. Dans notre projet, nous explorerons des composés dont le potentiel vis à vis de transitions de phase structurales et d'applications les exploitant n'a été qu'effleuré. Ces composés, à la différence du carbone qui n'a pas tendance à se transformer une fois qu'il a formé une phase graphène, présentent un polymorphisme important dans leur forme massive. Ce sont les dichalcogénures de métaux de transition et la silice cristalline 2D, dont des transitions de phase structurales ont été récemment rapportées, sans pour autant qu'une démonstration claire du contrôle de ces transitions ne soit apportée. Sur la base de nos travaux récents, non publiés, nous viserons à obtenir une compréhension complète, aux niveaux thermodynamique et cinétique, jusqu'aux processus élémentaires, de la transition de phase à 2D, à démontrer des changements de propriétés (électronique, vibrationnelle, optique, de réactivité) associés à la transition de phase, et à élaborer des architectures avancées combinant deux cristaux 2D. Notre travail tirera profit d'approches de science des surface couplées à des simulations atomistiques à l'état de l'art, afin de développer à la demande des matériaux fonctionnels avancés, d'établir des preuves de concept, et de permettre une compréhension fine des mécanismes sous-jacents. Notre travail abordera aussi des transitions de phases au-delà des conditions exigeantes typiques des expériences de science des surfaces, avec l'ambition d'étendre le potentiel des matériaux à changement de phase à base de cristaux 2D. Les applications potentielles de ces matériaux incluent des mémoires flexibles, des dispositifs photoniques reconfigurables, et des systèmes catalytiques contrôlables. Le projet impliquera trois partenaires possédant des expertises complémentaires, l'Institut Néel (Grenoble), l'Institut Nanosciences et Cryogénie (Grenoble), et l'Institut Jean Lamour (Nancy).