Academic literature on the topic 'Dichalcogénure de métaux de transition (TMD)'

Le disulfure de molybdène, MoS2, est un composé lamellaire de la famille des dichalcogénures de métaux de transition utilisé depuis près d'un siècle comme lubrifiant solide et catalyseur d'hydrotraitement. Depuis la découverte en 2010 de ses propriétés de photoluminescence et de conduction (semiconducteur possédant un gap direct) lorsqu'il est isolé à l'état d'une seule monocouche, ce nouveau matériau 2D a suscité un intérêt croissant au sein de la communauté scientifique et permis d'envisager de nombreuses applications dans le domaine de l'énergie ou pour la réalisation de composants électroniques. Au-delà du disulfure de molybdène, cette découverte s'étend également à d'autres dichalcogénures (WS2, NbS2, MoSe2, WSe2,…) dont la combinaison des propriétés avec celles d'autres matériaux 2D déjà connus (graphène, h-BN,…) offre encore d'avantage de possibilités. Aujourd'hui, la réalisation de nombreux prototypes en laboratoire, principalement assemblés à partir de monocouches exfoliées, a pu démontrer le potentiel applicatif de ces matériaux, justifiant la nécessité de mettre au point des méthodes de synthèse qui permettront l'élaboration de dichalcogénures 2D à une échelle industrielle.Dans ce contexte, où semble actuellement être privilégié le développement de procédés de CVD à très haute température nécessitant des temps de croissance élevés et l'utilisation de substrats épitaxiés, nous avons décidé d'évaluer le potentiel d'une approche à basse température par des méthodes de dépôt en phase vapeur sur silice amorphe. Ce travail nous a ainsi permis d'identifier plusieurs couples de précurseurs pouvant se prêter au dépôt par CVD ou par ALD de couches minces amorphes de sulfure de molybdène ou de tungstène à moins de 250°C, puis de démontrer leur capacité à se réorganiser en monocouches de MoS2 et WS2 cristallines par un simple recuit thermique sous atmosphère inerte
MoS2, a transition metal dichalcogenide (TMD) possessing a mica-like layered structure, has been widely used over the past century as solid lubricant and hydrotreating catalyst. Since 2010, the discovery of new semiconducting (direct gap) and photoluminescence properties emerging in monolayer MoS2 has attracted much interest, with a wide range of potentialities for next-generation electronics or energy storage devices. Beyond MoS2, this discovery also concerns other TMDs (WS2, NbS2, MoSe2, WSe2,…), displaying a wide variety of electronic and optical properties, and whose combination with other 2D materials (graphene, BN,…) offers outstanding opportunities. While exfoliated materials have provided a convenient way to demonstrate the feasibility of proof-of-concept-devices, the development of reliable synthesis methods allowing the industrial production of monolayer TMDs has now to be investigated.In this booming research field, currently dominated by high-temperature CVD processes which are time-consuming and often require the use of epitaxial substrates, we investigated the potentiality of a low-temperature chemical vapor deposition approach on amorphous SiO2 substrates. This work allowed us to identify suitable precursors for the CVD or ALD of ultrathin amorphous molybdenum or tungsten sulfide deposits below 250°C, and to point out their ability to self-reorganize into crystalline MoS2 and WS2 monolayers upon thermal annealing

Le PtSe₂ est un matériau 2D de la famille des dichalcogénures de métaux de transition (TMDs) qui présente des propriétés intrinsèques exceptionnelles : mobilité des porteurs de charge élevée (200 - 450 cm².(V.s)⁻¹), gap électronique ajustable en fonction du nombre de monocouches (MLs), absorption optique large bande et excellente stabilité à l'air. Ces propriétés sont idéales pour des applications (opto)électroniques. Cependant, la croissance de PtSe₂ de haute qualité cristalline sur un substrat à bas coût et isolant reste un enjeu majeur. Ici, la synthèse de PtSe₂ bicouche à multicouche (< 20 MLs) par épitaxie par jets moléculaires (MBE) est optimisée sur un substrat de saphir. Les caractérisations systématiques comprennent la diffraction électronique (RHEED), la spectroscopie Raman, la spectroscopie de rayons X à dispersion d'énergie (EDS) et des mesures électriques de conductivité. Pour les films épais de PtSe₂ semi-métallique, on démontre que des températures élevées de croissance (520 °C) et de recuit (690 °C), ainsi qu'un fort flux de sélénium (Ф(Se) = 0,5 Å.s⁻¹ ; Ф(Se)/Ф(Pt) ~ 170), permettent d'obtenir une haute qualité cristalline et une haute conductivité électrique. L'impact du recuit post-croissance sur les propriétés structurelles des films épais est particulièrement étudié par diffraction des rayons X (XRD) et microscopie électronique à transmission (STEM). Les films de PtSe₂ non recuits consistent en une distribution 3D de domaines superposés ayant différentes orientations dans le plan, tandis que les films recuits consistent en un réseau 2D de domaines monocristallins selon l'axe c. En d'autres termes, les films non recuits ont des domaines d'épaisseur plus faible que celle du film et sont constitués de phases semi-conductrices et semi-métalliques, entraînant une faible conductivité (0,5 mS). Au contraire, les films recuits sont composés uniquement de domaines quasi-monocristallins et semi-métalliques, et présentent une très haute conductivité, jusqu'à 1,6 mS. On montre également que l'indicateur de qualité cristalline couramment utilisé, qui est la largeur à mi-hauteur (FWHM) du pic Raman Eg, n'est valide que s'il est étudié conjointement avec la FWHM du pic Raman A1g. On démontre que plus la FWHM des pics Eg et A1g est faible, plus la qualité cristalline des films de PtSe₂ dans le plan et hors du plan, respectivement, est élevée, et plus la conductivité électrique augmente. Concernant les films bicouches de PtSe₂ semi-conducteur, on obtient des films de haute qualité cristalline, dont la FWHM des pics Eg et A1g est comparable à celle des cristaux exfoliés, en effectuant une synthèse avec un flux périodique de Pt (periodic supply epitaxy). Les films de PtSe₂ bicouches à multicouches ne sont pas monocristallins mais présentent une texture de fibre selon l'axe c, ce qui est typique sur un substrat de saphir. On démontre pour la première fois l'épitaxie d'un film épais de PtSe₂ sur des surfaces vicinales (marches) de saphir. Pour finir, nous avons fabriqué des dispositifs optoélectroniques fonctionnant à 1,55 µm, la longueur d'onde typique des télécommunications par fibre optique. Ils sont à base de PtSe₂ épais semi-métallique, présentant une haute conductivité électrique et une bonne absorption optique à 1,55 µm, qui est directement synthétisé sur un substrat de saphir 2 pouces. On montre des photodétecteurs à base de PtSe₂ avec une largeur de bande record de 60 GHz et le premier mélangeur optoélectronique à base d'un TMD présentant, de plus, une largeur de bande supérieure à 30 GHz
PtSe₂ is a 2D material from the transition metal dichalcogenide (TMD) family that exhibits outstanding intrinsic properties: high charge carrier mobility (200 - 450 cm².(V.s)⁻¹), tunable bandgap with the number of monolayers (MLs), broadband optical absorption and excellent air stability. These properties are ideally suited for (opto)electronic applications. However, the growth of high crystalline quality PtSe₂ on low-cost and insulating substrates remains a major challenge. Here, the synthesis of bilayer to multilayer PtSe₂ films (< 20 MLs) by molecular beam epitaxy (MBE) is optimized on a sapphire substrate. The systematic characterizations include electron diffraction (RHEED), Raman spectroscopy, energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) and electrical conductivity measurements. For thick semimetallic PtSe₂ films, we demonstrate that high growth (520°C) and annealing (690°C) temperatures, combined with a high selenium flux (Ф(Se) = 0.5 Å.s⁻¹; Ф(Se)/Ф(Pt) ~ 170), leads to high crystalline quality and high electrical conductivity. In particular, the effect of the post-growth annealing on the structural properties of the thick films is investigated using X-ray diffraction (XRD) and transmission electron microscopy (STEM). We show that non-annealed PtSe₂ films consist of a 3D random distribution of superimposed domains with different in-plane orientations, while the annealed films consist of a 2D network of single-crystalline domains along the c-axis. In other words, non-annealed films have domains with a thickness smaller than that of the film and are composed of both semiconducting and semimetallic phases, resulting in low electrical conductivity (0.5 mS). In contrast, the annealed films are composed solely of quasi-single-crystalline and semimetallic domains, and exhibit high conductivity, up to 1.6 mS. We also show that the commonly used crystalline quality indicator, which is the full width at half maximum (FWHM) of the Eg Raman peak, becomes a reliable metric only when it is studied in conjunction with the FWHM of the A1g Raman peak. We demonstrate that the lower the FWHM of both the Eg and A1g peaks, the higher the crystalline quality of the in-plane and out-of-plane PtSe₂ films, respectively, and the higher the electrical conductivity. For semiconducting PtSe₂ bilayer films, high crystalline quality films with Eg and A1g FWHM values comparable to those of exfoliated crystals are obtained using a periodic Pt flux (periodic supply epitaxy). The bilayer to multilayer PtSe₂ films are not monocrystalline but present a fiber texture along the c-axis, which is typical on a sapphire substrate. The epitaxy of a thick PtSe₂ film on vicinal sapphire surfaces (steps) is demonstrated for the first time. Finally, we fabricated optoelectronic devices operating at 1.55 µm, the typical wavelength of optical fiber telecommunications. They are based on thick semi-metallic PtSe₂, exhibiting high electrical conductivity and good optical absorption at 1.55 µm, which is directly synthesized on a 2-inch sapphire substrate. We demonstrate PtSe₂-based photodetectors with a record bandwidth of 60 GHz and the first TMD-based optoelectronic mixer with, in addition, a bandwidth larger than 30 GHz

Le sujet de cette thèse s'inscrit dans la thématique des matériaux bidimensionnels (2D) d'épaisseur atomique. L'étude des propriétés optiques et électroniques des hétérostructures hybrides à base de dichalcogénures de métaux de transition (TMD) MX₂ (M = Mo, W ; X = S, Se, Te) est aujourd'hui considérée avec attention en raison de futures applications et d'études plus fondamentales. Plus que leurs propriétés physiques intrinsèques, en configuration multicouche, ces matériaux offrent des phénomènes physiques prometteurs tels que la modulation de la valeur de la bande interdite, la ferroélectricité pour des configurations cristallines spécifiques, etc. En particulier, ce travail se consacre aux hétérostructures hybrides à base de diséléniure de tungstène (WSe₂) sur des substrats de graphène et de phosphate de gallium (GaP). En mettant en œuvre des techniques de microscopie et de spectroscopie telles que la spectroscopie Raman et la spectroscopie de photoémission résolue en angle (ARPES), une étude des propriétés électroniques, optiques et structurelles d'hétérostructures composées de plusieurs matériaux 2D a été réalisée afin de fournir une meilleure compréhension de ces systèmes émergents. Par conséquent, les premières mesures directes de la structure de bande électronique de la phase rhomboédrique de la structure bicouche de WSe₂ déposée sur un substrat 2D de graphène sont présentées dans ce manuscrit. La croissance directe de ce matériau 2D sur un substrat 3D de GaP a été étudiée pour plusieurs épaisseurs. Ces travaux ont permis d'identifier l'effet de la nature de la phase cristalline ainsi que la méthode de croissance sur les structures de bandes électroniques, ce qui permet une meilleure compréhension de ces systèmes émergents
The subject of this thesis is two-dimensional (2D) materials of atomic thickness. The study of the optical and electronic properties of hybrid heterostructures based on MX₂ transition metal dichalcogenides (TMDs) (M = Mo, W; X = S, Se, Te) is now being carefully considered with a view to future applications and more fundamental studies. Beyond their intrinsic physical properties, in multilayer configurations, these materials offer promising physical phenomena such as modulation of bandgap values, ferroelectricity for specific crystal configurations, and so on. In particular, this work focuses on hybrid heterostructures based on tungsten diselenide (WSe₂) on graphene and gallium phosphate (GaP) substrates. Using microscopy and spectroscopy techniques such as Raman spectroscopy and angle-resolved photoemission spectroscopy (ARPES), we investigated the electronic, optical, and structural properties of heterostructures composed of several 2D materials to better understand these emerging systems. Accordingly, the first direct measurements of the electronic band structure of the rhombohedral phase of the WSe₂ bilayer structure deposited on a 2D graphene substrate are presented in this manuscript. The direct growth of this 2D material on a 3D GaP substrate has been studied for several thicknesses. This work has enabled us to identify the effect of the nature of the crystalline phase and the growth method on the electronic band structures, providing a better understanding of these emerging systems

Récemment, la famille des dichalcogénures de métaux de transition (TMDs) (MoS2, WS2, MoSe2...) a suscité l'intérêt de nombreuses équipes de recherche en raison de leurs propriétés optiques, électroniques et spintroniques exceptionnelles. Ma thèse est centrée sur l'association de monocouches de TMDs à des nano-structures plasmoniques. Ces dernières apportent une exaltation des propriétés d'absorption, de diffusion et d'émission optiques qui peuvent être mises à profit dans divers domaines d'applications tels que l'opto-électronique, la photo-catalyse ou les capteurs. Dans une première partie je me suis intéressée à l'interaction plasmon-exciton dans des systèmes hybrides constitués de couches de MoSe2 élaborés par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) et transférées sur les nanodisques d'or. La résonance plasmon est contrôlée par le diamètre et la séparation entre les nano-disques. Grâce à des mesures de transmission optique et de photoluminescence, et à une analyse détaillée des réponses spectrales basée sur un modèle analytique et des simulations numériques, j'ai mis en évidence un couplage de type Fano entre les plasmons de surface des nanodisques et les transitions excitoniques de MoSe2. J'ai étudié la dépendance de ce couplage en fonction de la taille des disques, du nombre de monocouches de MoSe2 déposées et aussi en fonction de la température. Une analyse quantitative des résultats a été menée en simulant numériquement non seulement le champ local plasmonique mais aussi son couplage avec le moment dipolaire des transitions excitoniques. Pour compléter l'exploration des propriétés optiques du système MoSe2@Au, je me suis intéressée à la diffusion Raman dans des conditions d'excitation résonante et non-résonante de la transition hybride plasmon-exciton. L'idée principale étant que la résonance plasmonique apporte une exaltation de la diffusion Raman par effet SERS (Surface Enhanced Raman Scattering) tandis que les transitions excitoniques contribuent par l'effet Raman résonnant. Cette combinaison des résonances plasmonique et excitonique conduit à un effet SERS résonant. J'ai ainsi pu distinguer les contributions relatives de ces deux résonances, notamment grâce à l'imagerie confocale de la diffusion Raman. J'ai également montré que, dans ces conditions d'excitation résonnante de la transition plasmon-exciton, un phénomène d'hyperthermie a lieu. la modélisation par simulation numérique du champ proche optique et de la diffusion Raman a été utile pour comprendre les principaux facteurs limitatifs de l'exaltation Raman. Ensuite, la couche de MoSe2 a été utilisée comme substrat de nanoparticules d'Au. Les mesures de photoluminescence ont révélé une extinction quasi-totale de l'émission de la photoluminescence. Afin d'expliquer ce phénomène, deux possibilités ont été discutés : (i) le passage de la structure de bande électronique de la couche de TMD d'un semiconducteur à gap direct à indirect à cause de la contrainte imposée par les nanoparticules d'Au (ii) le désordre structural dû au dépôt des nanoparticules d'Au (iii) le transfert des porteurs photo- générés du semiconducteur vers le métal. Grâce aux mesures Raman, et à l'émission radiative des nanoparticules d'Au, j'ai mis en évidence un phénomène de transfert de charges entre le semi conducteur et le métal. Pour compléter les interprétations proposées, j'ai mené une étude comparative avec les propriétés optiques de couche de TMD couvertes \nolinebreak de silice. Ce travail de thèse a été mené au sein du groupe NeO du CEMES et dans le cadre d'une collaboration avec le groupe du Professeur Jun Lou de l'université de Rice à Houston
Transition metal dichalcogenide materials (TMDs) are increasingly gaining attention, due to their unique optical, spintronic, and electronic properties. These properties result from the ultimate confinement in 2D monolayers of a direct band-gap semiconductor and the lack of inversion symmetry in the crystallographic structure. To control and enhance the optical response of these materials, it is interesting to integrate them with plasmonic nano-resonators. The TMDs/plasmonic hybrid systems have been extensively studied for plasmon-enhanced optical signals, photocatalysis, photodetectors, and solar cells. In this context, this thesis deals with the interaction between TMD monolayers and gold nanostructures. In a first part, an hybrid system composed of CVD grown MoSe2 monolayers transferred on gold nanodisks was studied. Surface plasmon resonance was tuned by controlling the nanodisks size and the inter-disks separation. The optical properties of the nanostructures are probed by means of spatially resolved optical transmission and photoluminescence spectroscopies. Fano-type coupling regime between the surface plasmon of the gold nanodisks and the MoSe2 exciton was evidenced by a quantitative analysis of the optical extinction spectra based on an analytical model. Our interpretations were supported by numerical simulations. The number of MoSe2 monolayer dependence as well as the Temperature dependence of the plasmon-exciton interaction was investigated. Our results were quantatively analysed on the nanometric scale by studying the local electromagnetic near-field and the excitonic transition dipole momentum interaction. Furthermore, the Raman scattering of MoSe2@Au system was carried out. A particular situation was investigated where a resonant interaction between the surface plasmon of nanodisks and A exciton of v occur. The contribution of these two resonances leads to a resonant surface enhanced Raman scattering (SERRS) effect. The Raman Scattering excitation is selected to resonantly excite the Surface Plasmon resonance and MoSe2 excitonic transition simultaneously. The relative contribution of the surface Plasmon and the confined exciton to the resonant Raman scattering signal is pointed out. In this resonant condition, a hyperthermia effect was detected. Numerical simulations of the SERS gain were useful to figure out the main factors affecting the SERS intensity enhancement in MoSe2@Au. In a second part, the TMD monolayer was used as a substrate of Au nanoparticles. Au nanoislands were deposited on mono- and few-layered MoSe2 flakes. Photoluminescence (PL) measurements revealed a net quenching of the MoSe2 photoluminescence. To figure out the origin of this quenching three possibilities were discussed (i) the charge transfer between the TMD monolayer and the Au particles (ii) the direct to indirect gap transition of the TMD electronic band structure caused by the strain induced by the metal deposition (iii) structural disorder imparted by the nanoparticles in the TMD/metal interface. Owing to the Raman scattering measurements and using the radiative emission of the gold nanoparticles, we evidenced a charge transfetrt between the metallic nanostructures and the semiconductor. In order to complement our interpretations a comparative study with respect to optical properties of TMD covered by a silica film was carried out. The present work was held within the NeO group in CEMES, in a frame of a collaboration with the group of thr Pr. Jun Lou from Rice university, Houston

Dans cette thèse, je présente l’étude de défauts générés artificiellement par irradiation ionique à la surface de dichalcogénures de métaux de transition (TMDC), plus particulièrement de cristaux de disulfure de tungstène (WS2) et de diséléniure de tungstène (WSe2). Je présente également l’analyse structurelle des films WS2 obtenus par pulvérisation magnétron réactive (RMS) et je compare les défauts structurels observés aux défauts générés artificiellement sur les cristaux en volume. Cette thèse est composée de six chapitres. Dans le premier chapitre, une introduction à la structure et aux propriétés des dichalcogénures de métaux de transition est présentée, suivie d’une discussion des études précédentes sur la génération de défauts par irradiation ionique. Les développements récents dans les méthodes de fabrication de couches minces de TMDC, comme la pulvérisation magnétron réactive, sont également abordés. Dans le chapitre 2, je décris en détail les techniques expérimentales et les méthodes d’analyse utilisées pour caractériser les matériaux TMDC et dans le chapitre 3, je décris les méthodes utilisées pour la simulation numérique de l’irradiation ionique des TMDC. Dans le chapitre 4, je présente mon travail sur la conception des expériences et la calibration d’une source d’ions qui a ensuite été utilisée pour produire des ions de faible énergie afin de générer artificiellement des défauts sur les surfaces des TMDCs. Dans le chapitre 5, je présente mes résultats de caractérisation des films WS2 synthétisés par RMS, qui ont été obtenus à Uppsala par l’équipe de Tomas Nyberg. Dans le chapitre 6, je présente la génération artificielle de défauts sur les surfaces de TMDCs en utilisant la source d’ions décrite dans le chapitre 4. En outre, je présente les études de dynamique moléculaire que j’ai réalisées pour comprendre le mécanisme de production de défauts dans les TMDC par irradiation ionique. Les dichalcogénures de métaux de transition (TMDCs) sont une grande famille de matériaux lamellaires couvrant une large gamme de propriétés électroniques, chimiques et physiques. Ils peuvent être métalliques, semi-conducteurs ou semi-métalliques. Ces matériaux sont composés de feuilles constitués d’une tricouche de formule MX2 (où M un métal de transition, X un atome de chalcogène, c’est-à-dire S, Se ou Te) et ont un réseau atomique hexagonal [...]
In this thesis, I present the study of artificially generated defects by ion irradiation on the surface of Transition Metal Dichalcogenides (TMDC), more specifically of tungsten disulphide (WS2) and tungsten diselenide (WSe2) crystals. I also present the structural analysis of WS2 films grown by Reactive Magnetron Sputtering (RMS) and compare the observed structural defects to the artifically generated defects on the bulk crystals This thesis is composed of six chapters. In the first chapter, an introduction to the transition metal dichalcogenide structure and properties is discussed, followed by a discussion of previous studies about the defect generation by ion irradiation. Recent developments in the fabrication methods of TMDC thin-films such as reactive magnetron sputtering are also discussed. In chapter 2 I describe in detail the experimental techniques and the analysis methods used to characterize the TMDC materials and in chapter 3 I describe the methods used for numerical simulation of ion irradiation of TMDCs. In chapter 4, I present my work on the design of the experiments and the calibration of a ion source which was later used to produce low energy ions to artificially generate defects on TMDCs surfaces. Chapter 5 I present my characterization results of WS2 films grown by RMS, which were grown in Uppsala by the team of Tomas Nyberg. In chapter 6 I present the artificial generation of defects on TMDC surfaces using the ion source described in chapter 4. Furthermore, I present the molecular dynamics studies which were performed to have an understanding of the defect production mechanism in TMDCs by ion irradiation

Dans un contexte de diversification des fonctionnalités sur silicium (more than Moore), les sulfures de transition sont actuellement activement étudiés pour la réalisation de dispositifs optiques originaux. Dans cette famille, certains matériaux présentent une structure lamellaire structurellement semblables au graphène. C'est le cas de certains sulfures de vanadium. La synthèse de ces films lamellaires reste activement dominée par les procédés CVD à haute température (>550°C). Cependant, pour espérer le développement d'une synthèse fiable, il est important de diminuer cette température de dépôt qui conduit à des films souvent peu uniforme et conforme. Dans ce travail nous avons étudié la potentialité d'une approche de dépôt par voie chimique en phase vapeur à basse température (200°C). Cette synthèse a permis l'obtention d'un film de sulfure de vanadium amorphe sur un substrat de 300mm et a montré la capacité de ce film à se réorganiser pour obtenir un film lamellaire de V7S8 après recuit thermique. Un film de 5,2nm présente des propriétés optiques et électriques intéressantes ; ce film est conducteur il possède une densité de porteur de 1,1.1023 cm-3, les porteurs majoritaires sont les trous (type p), une mobilité de 0,2 cm2.(V.s) -1, une conductivité de 1063 S.cm-1, un travail de sortie de 4,8 eV tout en préservant une bonne transparence (transmittance de 75% pour une longueur d’onde de 550nm)
In the context of functional diversification (“More than Moore”), transition sulfides are currently being actively studied for original optical devices production. Some materials in this family have a lamellar structure, similar to graphene like vanadium sulfides. The synthesis of these lamellar films remains actively dominated by high-temperature CVD processes (> 550 ° C). However, in order to hope the development of a reliable synthesis methods, it's important to reduce this deposition temperature which leads to a poor uniformity and a poor conformity. In this work we have studied the potential of a chemical vapor deposition approach at low temperature (200 ° C). This method allow us to obtain an amorphous vanadium sulfide film on a 300 mm wafer and point out theirability to self-reorganize in order to obtain a lamellar film of V7S8 after thermal annealing. A 5.2nm film has interesting optical and electrical properties; this film is conductive with a carrier density of 1.1.1023 cm-3, the holes are the main charges carriers (type p), a mobility of 0.2 cm2. (Vs) -1, a conductivity of 1063 S.cm -1, an output work of 4.8 eV while preserving good transparency (transmittance of 75% for a wavelength of 550nm)

La réalisation de supraconducteurs topologiques constitue un des principaux enjeux actuels de la physique de la matière condensée. Il a en effet été prédit que ces systèmes devaient abriter des fermions de Majorana. Ces fermions de Majorana disposent à la fois d’une statistique non-abélienne et, du fait de leur origine topologique, d’une robustesse face au désordre local, ce qui les rend très attrayants pour des applications en informatique quantique. Une approche susceptible de conduire à de la supraconductivité topologique consiste à considérer des systèmes supraconducteurs à fort couplage spin-orbite et brisant la symétrie d’inversion. C’est dans cette optique que, dans le cadre de cette thèse, j’ai effectué des mesures de microscopie et spectroscopie par effet tunnel sur des matériaux quasi-bidimensionnels : (LaSe)1,14(NbSe2)2 et Sr2IrO4.J’ai tout d’abord étudié les propriétés électroniques du matériau incommensurable (LaSe)1,14(NbSe2)2, proche parent du composé dichalcogénure de métaux de transition 2HNbSe2. (LaSe)1,14(NbSe2)2 est une hétérostructure faite d’alternances de biplans NbSe2 à géométrie prismatique trigonale et de biplans de LaSe avec une structure de sel de roche. Le fort couplage spin-orbite ainsi que la non-centrosymétrie présents dans les plans NbSe2 font de (LaSe)1,14(NbSe2)2 un potentiel candidat pour de la supraconductivité topologique. Dans cette thèse, je présente des résultats de spectroscopie montrant que la structure électronique de (LaSe)1,14(NbSe2)2 est similaire à celle de la monocouche de NbSe2 avec un dopage de type électron accompagné par un déplacement du potentiel chimique de 0,3 eV, jusqu’alors inégalé. J’ai également pu démontrer la nature quasi–bidimensionnelle de (LaSe)1,14(NbSe2)2 et notamment la présence d’un fort couplage spin-orbite de type Ising. De plus, la faible robustesse de la supraconductivité vis à vis du désordre non magnétique couplée à des mesures d’interférences de quasiparticules m’a permis de mettre en avant le caractère non conventionnel du paramètre d’ordre supraconducteur dans (LaSe)1,14(NbSe2)2. Cette étude permet d’envisager l’utilisationd’hétérostructures incommensurables telles que (LaSe)1,14(NbSe2)2 pour explorer la physique des dichalcogénures de métaux de transition dans la limite bidimensionnelle, pour laquelle de nombreuses études théoriques ont prédit une supraconductivité topologique. Dans cette thèse, je présente également une étude des effets du dopage sur les propriétés électroniques de l’oxyde d’iridium Sr2IrO4. Sr2IrO4 est un isolant de Mott non conventionnel puisqu’il doit cette propriété à la présence d’un fort couplage spin-orbite. Du fait d’une brisure locale de la symétrie d’inversion, certaines prédictions théoriques ont pu montrer que Sr2IrO4 devrait devenir un supraconducteur topologique une fois dopé. Ici, je montre qu’avec le dopage, Sr2IrO4 subit une transition de phase inhomogène à l’échelle nanométrique entre un état isolant de Mott et un état pseudo-métallique. Ce travail justifie la pertinence d’utiliser une sonde locale telle que le microscope à effet tunnel afin de venir compléter des résultats sur la physique de Mott obtenus par des méthodes intégratives comme la spectroscopie électronique résolue en angle
The realization of topological superconductors is one of the main current goals of condensed matter physics. It was indeed predicted that such systems should host Majorana fermions. These Majorana fermions possess both a non-Abelian statistics and, because of their topological origin, a certain robustness against local disorder, which makes them attractive for quantum computing applications. One approach likely to lead to topological superconductivity consists in considering superconducting systems with strong spin-orbit coupling and with broken inversion symmetry. It is in this framework that, during this thesis, I performed scanning tunneling microscopy and spectroscopy measurements on quasi-2D materials : (LaSe)1,14(NbSe2)2 and Sr2IrO4. I first studied the electronic properties of misfit compound LaNb2Se5, which is a parent of transition metal dichalcogenide 2H-NbSe2. (LaSe)1,14(NbSe2)2 is a heterostructure made out of alternations of NbSe2 bilayers with trigonal prismatic geometry and LaSe bilayers with rocksalt structure. (LaSe)1,14(NbSe2)2 is a potential candidate for topological superconductivity because of the presence of both a strong spin-orbit coupling and of broken inversion symmetry in NbSe2 planes. Here, I present spectroscopic results showing that the electronic structure of(LaSe)1,14(NbSe2)2 is very similar to the one of electron-doped monolayer NbSe2 with a shift of the chemical potential of 0,3 eV, priorly never reached. I could also demonstrate the quasi- 2D nature of (LaSe)1,14(NbSe2)2 and more particularly the presence of a strong Ising spinorbit coupling. Moreover, the observed weakness of superconductivity against non-magnetic disorder combined with quasiparticle interferences measurements allowed me to exhibit the unconventional nature of (LaSe)1,14(NbSe2)2 superconducting order parameter. This study opens the possibility to use misfit heterostructures such as (LaSe)1,14(NbSe2)2 to study thephysics of transition metal dichalcogenides in the 2D limit, for which many theoretical studies predict topological superconductivity. In this thesis, I also present a study on the effects of doping on the electronic properties of iridate compound Sr2IrO4. Sr2IrO4 is a spin-orbit induced Mott insulator. Because inversion symmetry is locally broken in Sr2IrO4, some theoretical predictions suggest that Sr2IrO4 should turn into a topological superconductor once doped. Here, I exhibit a nanometer-scaleinhomogeneous doping-driven Mott insulator to pseudo-metallic phase transition. This work further justifies the importance of using a local probe such as scanning tunnelling microscopy in order to complete results on Mott physics obtained by integrative methods like angle-resolved photoemission spectroscopy