SNSF | P3 Research Database

ultrafast electron diffration; graphene; organic thin films; graphite; femtosecond lasers; crystal structure; femtosecond electron-diffraction graphene

English title	Proposal for ultrafast electron diffraction studies of organic thin films at Caltech
Applicant	Carbone Fabrizio
Number	117088
Funding scheme	Fellowships for prospective researchers
Research institution	California Institute of Technology Arthur Amos Noyes Laboratory of Chemical Physics
Institution of higher education	Institution abroad - IACH
Main discipline	Biophysics
Start/End	01.04.2007 - 31.03.2008

Lead

Lay summary
La graphite, une forme allotropique du carbone, présente une structure stratifiée. Une seule couche de graphite, appelée graphène, montre des propriétés électroniques très particulières. Les électrons responsables de la conduction du courant, se comportent comme des particules relativistiques. Ainsi, les propriétées électriques des couches minces de graphene peuvent varier avec un champ électrique appliqué. On peut ainsi passer d'un état conducteur à un état isolant, ce qui rend ce matériau très intéressant pour des applications dans les circuits électroniques du futur. La structure électronique du graphene dépend de la morphologie de la couche. En particulier, un film formé de deux couches de graphene (deux-couches de graphite) ne montre plus la dispersion linéaire de la bande de conduction et donc, les propriétés relativistes des électrons sont perdues. Dans le graphene, la limite de Mott est valide. Cela signifie que la conductivité électrique n'arrive jamais à zéro. Cet effet est possible quand les causes usuelles de localisation sont absentes. De manière générale, ces phénomènes peuvent se manifester à cause de la morphologie imparfaite de la couche mince, ou des répulsions de Coulomb entre les électrons. Ceci peut générer des effects dynamiques dans la structure comme des ondes de densité de charge ou des modulations du cristal. Je propose d'étudier des couches minces de graphene avec la Diffraction d'Electrons Ultra-rapide. Cette technique permet d'observer les modifications du réseau cristallin en fonction du temps avec une résolution temporelle de 1 picoseconde et une résolution spatiale < 1 picomètre. Dans cette technique, une impulsion laser est divisée en deux branches; une va directement dans la chambre experimentale et sert à exciter optiquement le système, l'autre frappe un conducteur et génère une impulsion d'électrons qui sèrvent à sonder le système. La diffraction des électron par le réseau cristallin est enregistré par une caméra CCD pour différents délais entre l'excitation optique et la sonde électronique. Cette technique offre beaucoup d' avantages par rapport à ce qu'on obtient avec des techniques standard de diffraction de rayons X. Ceci en raison du fait que l'interaction électron-matière a une section efficace $10^6$ fois plus grande que celle de l'interaction rayons X-matière. Les couches minces de graphene seront preparées dans la chambre experimentale avec l'aide du groupe du prof. Rudolf de l'Université de Groningen