Institut des
NanoSciences de Paris
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Oxydes en basses dimensions

Nano-objets oxydes : films minces et nanoparticules

Dans l’environnement, les oxydes sont le plus couramment rencontrés sous forme de nano-objets, couches minces ou matériaux divisés. Un défi de la science des surface d‘oxydes est la caractérisation microscopique de la physico-chimie dans l’environnement. Les nano-poudres à forte surface spécifique (MgO, ZnO) offrent une opportunité unique de maîtriser l’abondance et la nature des sites réactifs sous-coordonnés (marches, coins) au travers des conditions opératoires de synthèse (combustion et CVD) pour ensuite les analyser (IR, photoluminescence) dans les conditions ambiantes. La comparaison avec les films ou les cristaux étudiés en parallèle, appuyée par le calcul DFT, permet une caractérisation microscopique unifiée, de la surface modèle à l’échantillon réaliste, de l’ultra-vide aux conditions normales.

- les films minces supportés (MgO, NiO et ZnO) et l’examen des effets qui régissent la croissance (tailles magiques, stœchiométrie, polarité - en particulier des bords d’îlots) est effectué en relation directe avec le travail théoricien (voir ci-dessous) ; ces films sont par ailleurs des objets de référence pour l’étude de la réactivité (hydratation, hydroxylation) et de la croissance métal/oxyde.

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Marches de surface de MgO(100) - Image de microscopie à effet tunnel d’un film mince de MgO(100) supportés sur Ag(100) avec un profil de hauteur qui montre que les marches observées, d’orientation dominante <001>, sont monoatomiques – Insert : la surface d’argent en résolution atomique.

L. Savio, M. Smerieri, A. Orzelli, L. Vattuone, M. Rocca, F. Finocchi et J. Jupille, Surf. Sci. 604 (2010) 252 [lien].

- les nanocristallites d’oxydes simples (MgO, CaO, ZnO) et d’oxydes mixtes (ZnMgO et oxydes réductibles tels que TiO2 et CeO2) de taille, structure et composition contrôlées par les conditions de préparation, sont préparés par combustion (fumées), CVD ou sol-gel. Quatre domaines d’étude sont concernés : les propriétés de surface, en jouant sur la cristallographie des facettes, le rapport surface/volume et les défauts physiques de nature et densité connues (marches, coins) ; la réactivité vis-à-vis de l’eau, de l’hydrogène ; le caractère anti-bactérien d’oxydes (ZnO) ; la photoexcitation (oxydes réductibles).

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Décroissance en taille de cristallites de fumes de MgO en fonction de la pression partielle d’oxygène utilisée pour la combustion du magnésium.

S. Stankic, M. Cottura, D. Demaille, C. Noguera et J. Jupille, J. Crystal Growth 329 (2011) 52 [lien].