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Résumé:

La découverte du graphène par Andre Geim et Novoselov a suscité un intérêt croissant pour les systèmes bidimensionnels (2D), aussi bien pour des applications et recherche en physique fondamentale. Parmi ceux-ci, les dichalcogénures de métaux de transition (TMD) forment une famille de matériaux 2D avec des propriétés uniques. Les TMD sont des matériaux cristallins de la forme MX2 où M est un métal de transition et X2 sont deux atomes de chalcogène. Ils peuvent exister sous forme de monocouches avec une structure en nid d'abeille comparable au graphène. Ils présentent une large gamme de bandes interdites (de 0 à 2 eV), combinés à de forts couplages spin-orbite. De tous les TMD, MoS2 reste le plus étudié à ce jour. Les monocouches de MoS2 ont une large bande interdite (1.9 eV) directe située aux points K du réseau réciproque. Ce ‘gap’ les qualifie pour de nombreuses applications photoniques, et leur excellente flexibilité mécanique en fait un matériau semiconducteur prometteur pour l'électronique flexible.En 2012, il a été observé pour la première fois qu'un contrôle électrostatique du dopage de quelques couches de MoS2 induisant une transition de la phase isolante vers une phase métallique, jusqu'à atteindre un phase supraconductrice à haute densité électronique, avec une température critique pouvant atteindre 10.8 K. Suite à cette découverte, deux groupes expérimentaux ont indépendamment mis en évidence que les champs critiques dans le plan du matériau monocouche étaient plusieurs fois supérieurs à ceux de plusieurs couches, et six fois supérieurs aux limites de Pauli. En raison du couplage spin-orbite (SOC) et de l'absence de centre d'inversion, les spins des électrons sont orientés dans la direction perpendiculaire au plan 2D. Ce type de couplage est généralement appelé ‘Ising SOC’ pour le distinguer du Rashba SOC, qui maintient les spins électroniques dans des directions dans le plan. En raison du fort ancrage hors-plan des spins électroniques des électrons formant les paires de Cooper, les champs magnétiques externes dans le plan sont beaucoup moins efficaces pour séparer celles-ci et supprimer la supraconductivité. En conséquence, les champs magnétiques critiques dans le plan dans du MoS2 peuvent atteindre plusieurs de Teslas.L'objectif original de ce projet, bien qu'encore loin d'être atteint, est de développer une jonction Josephson contrôlable par des grilles électrostatiques. Celles-ci permettraient la formation de jonctions S-I-S à S-M-S et même S-S'-S, à base de monocristaux de TMD. S, M et I représentent respectivement les régions supraconductrices, métalliques et isolantes, S' étant un état supraconducteur légèrement différent. Des monocristaux (multicouches ou monocouches) peuvent être utilisées comme matériau unique formant la jonction, où la phase électronique sera accordée par des grilles locales constituées de nanotubes de carbone (NTC). En conséquence, la jonction proposée sera constituée d'un seul matériau et sera entièrement contrôlée in situ.A ce jour, différents régimes de transport ont été reportés dans le régime isolant dans la littérature. De même, une description précise de la transition vers un régime métallique et des mécanismes de diffusion dans ce régime sont encore nécessaires. De plus, même pour des problèmes en apparence plus basiques, tels qu'à l'interface de contact avec un métal, il n'y a pas d'étude complète des mécanismes en jeu selon le dopage et la température. Cette thèse présente nos efforts dans le développement d'un procédé de fabrication contrôlé de composants à base de MoS2 CVD. De nombreuses approches tentant de rendre les contacts plus ohmiques, et de doper le plus efficacement possible ont été étudiées. Après avoir observé que le recuit in-situ était le plus efficace, nous avons étudié en détail le transport dans les régimes isolants et métalliques et la transition entre ces deux régimes, ainsi que le transport à l'interface or/MoS2.