Thèse Diodes Électroluminescentes et Transistors à Effet de Champ Polarisés en Spin à Base de Pérovskites Halogénées Chirales H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université d'Angers École doctorale : École doctorale Matière, Molécules, Matériaux et Géosciences Laboratoire de recherche : MOLTECH-Anjou Direction de la thèse : Alexandre ABHERVE Date limite de candidature : 2026-05-17T00:00:00
Les dispositifs spintroniques utilisent, en plus de la charge, le spin de l'électron, ce qui a permis une évolution rapide des technologies de stockage de l'information. Combiner les propriétés électroniques et de spin au sein du même matériau chiral est l'idée du nouveau domaine de recherche appelé « chiro-spintronique ». La chiro-spintronique propose de remplacer les matériaux magnétiques par des molécules chirales afin de contrôler le spin de l'électron au sein de dispositifs optoélectroniques. Ce contrôle est possible grâce à la sélectivité de spin induite par la chiralité (effet CISS), une propriété découverte dans des molécules organiques par R. Naaman (J. Phys. Chem. Lett. 2012, 3, 2178-2187). Ainsi, les dispositifs spintroniques préparés à partir de matériaux chiraux peuvent fonctionner à température ambiante (Nat. Rev. Chem. 2019, 3, 250-260). Afin de révéler ce potentiel, deux types de dispositifs sont très prometteurs : (i) les diodes électroluminescentes polarisées en spin (spin-LED), utilisant une couche chirale en tant que filtre de spin pour injecter un courant polarisé dans la couche émissive, résultant ainsi une efficacité quantique augmentée et une électroluminescence polarisée grâce à la sélectivité de spin ; (ii) des transistors à effet de champ (FET) dépendant de la polarisation en spin, où le courant électrique peut passer ou être bloqué en fonction de l'énantiomère choisi et de la direction d'un champ magnétique externe. Des matériaux chiraux prometteurs sont les pérovskites halogénées (HP) grâce à leur grande longueur de diffusion des porteurs de charges et un fort effet CISS (Adv. Mater. 2023, 35, 2305784). Bien que des spin-LED ont été récemment décrit à partir de HP chiraux à base de plomb (Science 2021, 371, 1129-1133; Adv. Mater. 2024, 36, 2309335), les FET n'ont pas encore été obtenus à partir de ces matériaux. Grâce à notre contribution récente dans la synthèse d'une large variété de HP chiraux, notamment les pérovskites doubles (DHP) sans plomb (Adv. Optical Mater. 2025, 13, 2402949), une nouvelle génération de dispositifs peut être ciblée. Nous avons aussi décrit récemment la synthèse de cations électroactifs chiraux qui permettront d'obtenir le premier exemple de HP chiraux où la LUMO du cation organique participerait à la bande interdite dans le composé hybride, un cas idéal pour la séparation des charges. D'autres exemples de cations -conjugués peuvent être ciblés afin d'étendre cette famille de composés prometteuse. Ainsi, les objectifs du projet sont la synthèse de cations organiques électroactifs et leur utilisation pour cristalliser des HP chiraux, la caractérisation des propriétés chiroptiques et spintroniques (effet CISS), et la fabrication de dispositifs spintroniques tels que des spin-LED et FET dépendant de la polarisation en spin. Les calculs théoriques révèleront les paramètres influençant la dégénérescence de spin dans les HP chiraux et les propriétés spintroniques résultantes.

Le candidat sera responsable de la synthèse et la caractérisation de cations organiques pi-conjugués chiraux, la cristallisation de pérovskites halogénées chirales obtenues à partir de ces cations et l'analyse structurale par diffraction des rayons X sur monocristal et sur poudre. Par la suite, le candidat étudiera les propriétés chiroptiques sur des films minces préparés par spin-coating, tandis que les calculs théoriques apporteront des informations sur la structure de bandes et la texture de spin des nouveaux matériaux. Enfin, les matériaux les plus prometteurs seront insérés dans des dispositifs. Le candidat sera formé à la fabrication de Spin-LED au laboratoire MOLTECH-Anjou, ainsi qu'à la fabrication de dispositifs de type FET dépendant de la polarisation en spin lors de deux stages (de quatre mois chacun) dans le laboratoire partenaire à l'Université Libre de Bruxelles, sous la supervision du Dr. Guillaume Schweicher.