Stéphane Jobic (DR), Laurent Cario(DR) (Equipe PMN), Martine Bujoli-Doeuff (MC), Congcong Shang.

Un matériau transparent conducteur (MTC) est un solide qui n'absorbe pas la lumière visible (gap supérieur à 3 eV) et qui présente une bonne conductivité électrique. De tels matériaux sont utilisés dans les écrans plats, les vitrages à faible émissivité, les pare-brises dégivrants, les écrans antistatiques et/ou antireflets, les diodes, etc. Au laboratoire, nous nous intéressons plus spécifiquement à la synthèse de nanoparticules de MTC pour des applications en cellules solaires à colorant fonctionnant sur le principe inverse à celui des cellules de Grätzel. Dans ce cadre, nous sommes à la quête de matériaux avec de grandes surfaces spécifiques (pour favoriser l'adsorption de colorants et donc des courants photo-générés élevés) et une bande de valence la plus profonde possible en énergie (pour accroître les tensions en circuit ouvert, V_oc).

1. Magnétisme de basse dimension, frustration et effets quantiques

Catherine Guillot-Deudon (IR), Christophe Payen (PR), Mélanie Viaud (IE)

Certains matériaux cristallins ont des propriétés magnétiques inhabituelles car ils ne présentent pas de transition magnétique bien que la résistance des interactions magnétiques et la taille des cristallites favorisent l'ordre magnétique à basse température. L'état magnétique observé à basse température peut être un «liquide de rotation» en raison de la faible dimension du réseau magnétique, de la frustration ou des effets quantiques.

Emmanuel FRITSCH (PR-IMN), Benjamin RONDEAU (MC-LPGN) Olivier SEGURA (PhD student), Aurélien DELAUNAY (PhD student)

Les matériaux gemmes sont connus pour leur éclat (diamant), leur couleur (rubis, émeraude) et leur pureté. D'une façon générale, nous cherchons à comprendre les propriétés de ces matériaux optiques exceptionnels, à forte valeur ajoutée, et à faire la différence entre les vrais et les différents niveaux de « faux ». Nous nous intéressons à l'origine de leur couleur, qui fait souvent leur valeur et peut être parfois « améliorée » en laboratoire. On trouve même des gemmes naturellement thermochromes (diamants caméléons) et photochromes (sodalite hackmanite). La luminescence, très sensible aux faibles concentrations de défauts, permet de déceler des traitements en laboratoire parfois proches des processus naturels, notamment pour le diamant incolore. Les spectroscopies optiques et l'observation, non destructives, sont nos méthodes d'investigation privilégiées.

S. Jobic (DR), P. Deniard (DR), E. Faulques (DR), H. Brault (MC), C. Latouche (MC), R. Gautier (CR), F. Massuyeau (IE), Romain Génois (Student).

Un matériau luminescent est un matériau qui émet de la lumière sous l'effet d'une excitation extérieure (rayonnement UV ou bombardement électronique par exemple). Dans ce contexte, nous pouvons distinguer les matériaux dits fluorescents avec des temps de vie de l'état excité compris entre 10^-9 et 10^-3 s et les matériaux à luminescence persistante (aussi appelée phosphorescence) avec une propension à émettre de la lumière pendant plusieurs minutes voire plusieurs heures après cessation de l'excitation. Dans ces deux cas, nous nous intéressons à la caractérisation du phénomène physique, à son origine et son adaptabilité à l'application recherchée. De façon non exhaustives, les matériaux synthétisés sont des des oxydes, des silicates, des aluminosilicates ou des sulfures, sous la forme de poudres micrométriques ou de nanoparticules. Outre la luminescence dans le visible, nous nous orientons de plus en plus vers des matériaux qui donnent lieu à émission dans l’infra-rouge.

Stéphane Jobic (DR), Xavier Rocquefelte (MCF, then Pr. à l'Univ. de Rennes 1 since Sept. 2014)

Notre expertise dans le domaine des matériaux à propriétés photoinduites (luminescence, photovoltaïque, photochromes), nous a naturellement conduits à nous pencher sur des matériaux semi-conducteurs pouvant présenter en surface des propriétés photocatalytiques. Notre objectif était de définir les ingrédients nécessaires à l’obtention d’un semi-conducteur présentant de bonnes performances pour de la photocatalyse dans le domaine du visible. A cette fin, nous nous sommes attachés d'abord à l'étude des propriétés des excitons (paires électron-trou) via une approche de type Bethe Salpeter pour deux variétés allotropiques du composé BiVO4, la variété scheelite présentant une activité photocatalytique autrement supérieure à la variété dreyerite.

Stéphane Jobic (DR), Laurent Cario(DR) (Equipe PMN), Martine Bujoli-Doeuff (MC), Romain Gautier (CR), Camille Latouche (MC), Philippe Deniard (DR), Eric Faulques (DR), Congcong Shang (Postdoctorant, 2014-2017).

L’oxyde de zinc ZnO non dopé, ou non intentionnellement dopé, est un semi-conducteur de type n qui trouve déjà, à ce jour, de multiples applications dans l’industrie pour ses propriétés pigmentaires, photo-catalytiques, piézo-électriques, antibactériennes et de varistance. ZnO présente également la propriété remarquable d’émettre de façon intense dans le proche ultraviolet (UV) à température ambiante. Ce matériau a donc un attrait particulier pour des dispositifs tels que les diodes électroluminescentes et les diodes laser émettant dans l’UV. Néanmoins, ces propriétés de luminescence, bien que très prometteuses, ne sont pas ou peu exploitées actuellement. La cause en est l’absence d’un oxyde de zinc semi-conducteur de type p (p-ZnO) nécessaire à la fabrication d’homojonctions p-n transparentes.