STAGE Offre de stage : Spectroscopie rayons X du silicium supraconducteur ultra-dopé par laser

Bien que le silicium soit l'un des éléments les plus étudiés, la supraconductivité à pression ambiante du silicium dopé bore n'a été révélée qu'en 2006, à cause du fort dopage nécessaire à son apparition. Seul un dopage ultra rapide par laser permet d'atteindre ces concentrations hors équilibre en trous, allant de 1 à 10%. Le groupe Epla du C2N maîtrise l’ensemble de l’élaboration du matériau, et il a atteint un contrôle précis des propriétés structurales, de l’épaisseur et dopage de la couche, et de la température critique Tc, qui augmente avec la quantité de dopants jusqu’à 0.7 K, bien que le mécanisme derrière l’apparition de la supraconductivité ne soit pas encore clair.

Le but de ce stage est d’analyser des couches de silicium dopées par laser à des concentrations variables : en augmentant le dopage, on passe de couches de Si métallique (très dopé, mais non-supraconducteur), à des couches de Si supraconducteur de Tc de plus en plus élevée. La radiation X du synchrotron permet de visualiser la structure de bandes par ARPES (Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy) et d’étudier l’énergie de liaison du B avec le Si par XPS (X-ray photoelectron spectroscopy). Ces mesures nous permettront d’accéder à la structure électronique et à l’énergie des phonons optiques, qui jouent un rôle déterminant dans l’apparition de la supraconductivité. Des expériences préliminaires ont montré que la structure de bandes et l’énergie de liaison du B varient grandement avec le dopage. Il est donc possible d’extraire en fonction du dopage la masse effective des trous, l’énergie de Fermi, l’énergie des phonons, et de vérifier les prédictions théoriques sur de l’apparition de la supraconductivité.