MAGICVALLEY — Polarisation de vallée induite par couplage d'échange magnétique dans les matériaux 2D à grande échelle

Dans la limite d’un plan atomique, les dichalcogénures de métaux de transition (2H-MX2, avec M=Mo, W et X=S, Se) sont des semiconducteurs avec un gap direct de l’ordre de 1 à 2 eV, et possèdent des vallées (dégénérées) aux coins K+ et K- de la zone de Brillouin. Outre leur intérêt comme semiconducteurs « classiques », cette structure électronique particulière offre l’opportunité d’utiliser le degré de liberté quantique qu’est l’indice de vallée pour le traitement de l’information. Ce domaine de recherche émergent est connu comme la « valléetronique ». Il est établi que les vallées en K+/K- peuvent être adressées indépendamment par de la lumière polarisée circulairement, et que la polarisation de vallée des porteurs peut être détectée électriquement par l’effet Hall de vallée. Cependant, pour une utilisation concrète de ces matériaux en valléetronique, il est nécessaire de trouver un moyen de lever de façon permanente (et contrôlée) la dégénérescence des vallées. Le but du projet MAGICVALLEY est de développer une méthode originale et prometteuse d’atteindre cet objectif, qui consiste à briser l’invariance par renversement du temps par couplage magnétique d’échange avec un matériau 2D magnétique. En premier lieu, un effort important sera consacré à la croissance et à la caractérisation approfondie de matériaux 2D magnétiques, qui seront soit des ferromagnétiques 2D intrinsèques soit des dichalcogénures de métaux de transition dopés avec des impuretés magnétiques. Ensuite, des hétérostructures van der Waals composées d’un empilement couche magnétique 2D/MX2 seront élaborées pour tester la polarisation de vallée par couplage magnétique d’interface. Les matériaux seront préparés sur de grandes surfaces (1 cm2) par épitaxie par jets moléculaires ou par dépôt chimique en phase vapeur. Cette procédure garantit les interfaces très propres indispensables pour un couplage magnétique efficace. De plus, l’utilisation de couches liées par interaction van der Waals supprimera dans une large mesure la réactivité chimique d’interface. Le projet inclut un ensemble complet de techniques permettant de caractériser en détail les structures atomique, électronique et magnétique des matériaux constituants. Enfin, la levée de dégénérescence des vallées, qui est un élément clé pour la valléetronique, sera sondé à la fois par des techniques optiques et électriques. Les activités expérimentales seront épaulées par un travail théorique important. Dans leur domaine de compétence, tous les partenaires du projet ont une expertise établie dans l’étude de matériaux 2D.