Study of doping in covalent cage-like nanostructured materials

Étude du dopage de matériaux covalents cages nanostructurés

Florent Tournus (1)

1 LPMCN - Laboratoire de Physique de la Matière Condensée et Nanostructures

Cage-like materials are interesting, among other properties, because they offer different possibilities of doping: in addition to substitutional doping, we can have endohedral or exohedral doping, depending on the localization of the doping atoms inside or outside the cage. We have studied experimentally (by Raman spectroscopy, X-ray absorption and X-ray diffraction) and theoretically (ab initio simulations in the density functional theory formalism) the case of some nanostructured materials made of covalent cages: C60 and silicon clathrates. We show how doping is a way to obtain exotic structures, with new chemical bonds and consequently modify the electronic, structural etc. properties of a material. Besides, the concept of doping itself is discussed, because high doping can lead to new materials with original properties.

Les matériaux cages sont intéressants, entre autres, parce qu'ils offrent différentes possibilités de dopage : en plus du dopage par substitution, on peut avoir un dopage endoèdre ou exoèdre selon la localisation du dopant à l'intérieur ou l'extérieur de la cage. Nous avons étudié expérimentalement (notamment par spectroscopie Raman, absorption X et diffraction X) et théoriquement (simulations ab initio dans le formalisme de la théorie de la fonctionnelle de la densité) le cas de plusieurs matériaux nanostructurés à base de cages covalentes : le C60 et les clathrates de silicium. Nous montrons comment le dopage peut permettre d'obtenir des structures exotiques, avec de nouvelles liaisons chimiques et de modifier ainsi les propriétés électroniques, structurales, etc. d'un matériau. Par ailleurs, la notion de dopage elle-même est discutée, puisqu'un fort dopage peut donner naissance à des matériaux nouveaux aux propriétés originales.

Mots clés: covalent clusters; cage-like materials; silicon clathrates; doping; ab initio simulations

Mots clés: agrégats covalents; matériaux cages; C60; clathrates de silicium; dopage; EXAFS; simulations ab initio; DFT

Domaines: Physique Atomique [physics.atom-ph]; Matière Condensée [cond-mat]; Physique [physics]

Florent Tournus. Étude du dopage de matériaux covalents cages nanostructurés. Physique Atomique [physics.atom-ph]. Université Claude Bernard - Lyon I, 2003. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00007897⟩