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Synthèse et propriétés de monocristaux, de poudres, films minces ou hétérostructures

Etudes à l'interface avec la matière biologique
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Matériaux Nanolamellaires

Les phases Mn+1AXn, ou phases “MAX”, sont des composés nano-lamellaires où M est un métal de transition des premières colonnes de la table de Mendeleiev, A appartient aux colonnes 13-16 et X représente les éléments C ou N. Elles ont été découvertes il y a plusieurs décennies. Mais c’est seulement en 1996 que la possibilité de les obtenir sous la forme d’échantillons purs et poly-cristallins a vraiment motivé le développement d’un champ de recherche qui se maintient en expansion continue depuis lors. La recherche sur les phases MAX a reçu une nouvelle impulsion quelques années auparavant, quand il a été montré que de nombreux membres de cette famille nano-lamellaire pouvaient être convertis en matériaux bi-dimensionnels (2D) appelés MXènes. Les phases MAX comme les MXènes suscitent l’intérêt de la communauté scientifique car ils présentent des propriétés conductrices et mécaniques exceptionnelles, sont très stables et pourraient être mis à profit dans nombre d’applications, dès lors qu’on souhaite combiner de bonnes propriétés métalliques avec un certain nombre d’avantages plutôt propres aux céramiques (citons par exemple la réalisation de capacités volumétriques stables et présentant des valeurs de capacité par unité de volume exceptionnelles). Notre particularité est la production de monocristaux de ces phases.

Personnel Non permanent

Damir Pinek (PhD)
Thanasis Gkountaras (PhD)
Maxime Barbier
(PhD)
Lorenzo Lombardo (PhD)
Youngsoo Kim (PostDoc)


Nous synthétisons des monocristaux de phases MAX par croissance haute température en solution  [6,8] et déterminons leurs propriétés physiques, avec un accent porté sur les anisotropies attendues de leur structure nano-lamellaire. Pour citer quelques exemples, et en collaboration avec nos partenaires, nous avons récemment mesuré les anisotropies de magnéto-transport [3,7], de structure de bandes [4] ou de la dispersion des modes de phonons [2]. Nous utilisons aussi nos cristaux pour les convertir en MXènes et étudier leurs propriétés physiques [1]. Nous avons récemment entrepris l’étude de nouvelles phases MAX magnétiques et des MXènes associés dans le cadre d’un projet Européen impliquant le LMGP, l’Institut Néel, L’université de Linköping (LiU), l’Université Catholique de Louvain (UCL) et l’ESRF comme principaux partenaires. Nous ne nous limitons pas aux carbures nano-lamellaires, mais nous développons des études sur des borures nano-lamellaires, en collaboration avec l’Université Drexel (Philadelphie).[5].

Publications



1 A. Champagne, L. Shi, T. Ouisse, B. Hackens and J.C. Charlier, “Electronic and vibrational properties of V2C-based MXenes: from experiments to first-principles modelling”, Phys. Rev. B 97, 115439 (2018)

2 A. Champagne, F. Bourdarot, P. Bourges, P. Piekarz, D. Pinek, I. Gélard, J.-C. Charlier and T. Ouisse, “Phonon dispersion curves in Cr2AlC single-crystals”, Mat. Res. Lett. 6, 378-383 (2018)

3 T. Ouisse and M.W. Barsoum, “Magnetotransport in the MAX phases and their 2D derivatives: MXenes”, Mat. Res. Lett. 5, 365-378 (2017)

4 T. Ito, D. Pinek, T. Fujita, M. Nakatake, S.I. Ideta, K.Tanaka and T. Ouisse, “Electronic structure of Cr2AlC as observed by angle-resolved photoemission spectroscopy”, Phys. Rev. B 96, 195168 (2017)

5 O. Chaix-Pluchery, A. Thore, S. Kota, J. Halim, C. Hu, J. Rosen, T. Ouisse and M.W. Barsoum, “First-order Raman scattering in three-layered Mo-based ternaries: MoAlB, Mo2Ga2C and Mo2GaC”, J. Raman Spectrosc. (2017)

 6 L. Shi, T. Ouisse, E. Sarigiannidou, O. Chaix-Pluchery, H. Roussel, D. Chaussende and B. Hackens, “Synthesis of single crystals of V2AlC phase by high temperature solution growth and slow cooling technique”, Acta Materialia 83, 304-309 (2015)

7 T. Ouisse, L. Shi, B. Piot, B. Hackens, V. Mauchamp and D. Chaussende, “Magneto-transport properties of nearly free electrons in two-dimensional hexagonal metals and application to the Mn+1AXn phases”, Phys. Rev. B 92, 045133 (2015)

 8 T. Ouisse, E. Sarigiannidou, O. Chaix-Pluchery, H. Roussel, B. Doisneau and D. Chaussende, "High temperature solution growth and characterization of Cr2AlC MAX phase single crystals", J. Cryst. Growth 384, 88-95 (2013)

Projets


MORE-MAX (2018-2021, coordinator):
Type: International Strategic Partnerships (ISP) program, IDEX call of the Univ. Grenoble-Alpes+ESRF.
Aim: To probe the magnetism of each chemical element inside Rare-Earth-based MAX phases using macroscopic single crystals, to probe the magnetic interactions.
Partners: European Synchrotron Radiation Facility (ESRF, Grenoble), Linköping University (LiU).


 MORE-MXenes (2018-2021, coordinator):
Type: “Flagera call 2017”, European program belonging to the Graphene Flagship program
Aim: To produce Magnetically-Ordered-Rare-Earth-based MAX phases, the associated MXenes and investigate their magnetic properties and potential for spin injection.
Partners: Linköping University (LiU), Néel Institute (Grenoble), Université Catholique de Louvain (UCL).

Chair-of-Excellence Program of M. W. Barsoum (2017-2019, coordinator):
Type: Nanosciences Foundation program, UGA Foundation, Univ. Grenoble-Alpes.
Aim: To produce MXenes of large area from MAX single crystals and fabricate 2D electron devices.
Partners: Drexel University (Philadelphia), Néel Institute (Grenoble), PHELIQS-INAC (Grenoble).

MAXICRYST (2014-2017, ended, coordinator)
Type: Agence Nationale de la Recherche (ANR), National project.
Aim: To produce single crystals of MAX phases of macroscopic size and investigate their physical anisotropies.
Partners: PPRIME Institute (Poitiers), LNCMI (Grenoble), LMI (Lyon).

Collaborations

  • Drexel (Philadelphia), USA.
  • Linköping University (LiU), Sweden.
  • Université Catholique de Louvain (UCL), Belgium.
  • Nagoya University (Japan).
  • European Synchroton Radiation Facility (ESRF), Grenoble.
  • Institut Laue-Langevin (ILL), Grenoble.
  • Institut PPRIME.

mise à jour le 17 décembre 2018

Univ. Grenoble Alpes