Interactions électron-phonon dans les hétérostures de van der Waals

Coordinateur : Thibault Sohier

Les hétérostructures de Van der Waals sont des empilements de matériaux 2D qui sont désormais fabriqués de manière routinière par des équipes de recherche du monde entier. La combinaison de différentes couches 2D ayant des propriétés différentes et interagissant les unes avec les autres conduit à l’émergence d’une physique fascinante et de perspectives d’application passionnantes. Dans ce projet, nous nous intéressons à la modélisation du comportement de deux quasi-particules fondamentales et intrinsèques à ces systèmes de matière condensée : les électrons et les phonons.

Ce n’est pas une tâche triviale, car les propriétés des électrons (structure de bande, temps de vie de diffusion, …) et des phonons (dispersions, temps de vie, …), ainsi que leurs interactions, sont modifiées par la présence d’autres couches. Les interactions à longue distance couplent les excitations chargées (plasmons, phonons polaires ou électrons) de différentes couches. La disparité des réseaux entre les couches conduit à la formation de motifs de Moiré (le motif périodique commun entre deux réseaux différents), modifiant le potentiel de réseau ressenti par les électrons et les champs de force ressentis par les atomes.

Tout cela donne lieu à une nouvelle physique, dont les exemples les plus marquants sont l’apparition de satellites de cônes de Dirac dans la structure de bande du graphène recouvert de BN ou l’émergence de la supraconductivité dans le graphène bicouche à angle magique, peut-être liée à l’émergence de ce que l’on appelle les phasons (modes de phonons impliquants le motif de Moiré plutôt que des couches individuelles).

Les hétérostructures de Van der Waals sont difficiles à simuler en raison de leur complexité et de leur diversité inhérente. Nous visons à développer de nouvelles approches premier-principes pour relever ces défis et explorer la physique électron-phonon dans ces systèmes. En outre, un aspect important du processus consiste à traduire les résultats en quantités spectroscopiques et de transport mesurables afin d’assurer la liaison avec les expériences. Des échanges réguliers avec les équipes expérimentales du L2C travaillant sur les matériaux 2D sont donc essentiels.