Nano SPM

Responsable : Clemens Barth

Présentation

L’équipe NanoSPM (Nanoparticles, oxides and SPM) a une expertise de longue date dans la caractérisation des surfaces (d’oxydes) isolantes (cristaux massifs et film minces) et des nanoparticules (NPs) supportées, par la microscopie à effet tunnel (STM) et la microscopie à force atomique non-contact (nc-AFM) ainsi que par nanosonde de Kelvin (KPFM). La morphologie, la structure atomique, les défauts et l’état de charge des surfaces d’oxydes (MgO, Al2O3, CeOx (ceria), alcalins d’halogène) ainsi que la morphologie, la structure et l’état de charge des NPs ont été étudiées dans le passé. La manipulation latérale et la manipulation de charge ont été également considérées.

Le deuxième domaine de recherche concerne l’auto-assemblage de molécules sur des surfaces isolantes. Nous avons étudiés en particulier l’adsorption, la désorption et l’auto-assemblage de molécules fonctionnalisées ([5]helicène et C60) sur des surfaces de NaCl pures et dopées (Suzuki NaCl).

Nanoparticules, oxides et scanning probe microscopy 1
(a-c) Des images KPFM de NPs de Pd sur HOPG. Une couleur foncée correspond à un travail de sortie relativement bas et une couleur claire correspond à un travail de sortie élevé. (a) Des NPs d’une taille de 40nm après une exposition de 14 jours dans le gaz résiduel de l’UHV. En particulier, le carbone a contaminé les NPs, ce qui baisse le travail de sortie en dessous le niveau du travail de sortie de l’HOPG (→ couleur noire). (b) Des NPs qui sont en train de réagir avec le gaz résiduel. Les petites NPs réagissent plus rapidement (couleur noire) que des très larges NPs (couleur blanche). (c) Un recuit à 500°C dans O2 ’nettoie’ les NPs contaminées de sorte que le travail de sortie initial est restauré (→ couleur blanche). (d) Modèle de contamination par le carbone.
Aujourd’hui

L’équipe se concentre sur des sujets liés à la catalyse hétérogène modèle, en particulier sur l’activité catalytique d’une NP. L’adsorption et la désorption des molécules réactives et produites sont étudiées par KPFM via des changements du travail de sortie de la nanoparticule. Ensuite, la contamination et la dissolution des espèces atomiques, comme des atomes de carbone, sont également étudiées dans les NPs. Voir la figure 2 et 3, qui montrent respectivement la contamination par carbone et apparition de graphène sur des NPs.

Nanoparticules, oxides et scanning probe microscopy 2
Les facettes (111) des NPs de Pd encapsulées par le graphène (G@PdNPs) (images topographiques STM). Les NPs sont supportées sur la surface d’HOPG. Le graphène a été synthétisé sur des NPs ‘propres’ par la décomposition de C2H4 à 650°C. (a) Une sélection des G@PdNPs, (b) Image avec la résolution atomique obtenue sur la NP II.

Responsable

Post-doctorants

Doctorants

Publications

2019

Oxygen Adsorption on Graphene-Encapsulated Palladium Nanoparticles Imaged by Kelvin Probe Force Microscopy

Henrik Grönbeck, Clemens Barth

Journal of Physical Chemistry C 123:24615-24625 (2019)10.1021/acs.jpcc.9b07377

Revealing Carbon Phenomena at Palladium Nanoparticles by Analyzing the Work Function

Henrik Grönbeck, Clemens Barth

Journal of Physical Chemistry C 123:4360-4370 (2019)10.1021/acs.jpcc.8b12208

2018

Carbon Precursor Structures and Graphene on Palladium Nanoparticles

Clemens Barth

Journal of Physical Chemistry C 122:522-529 (2018)10.1021/acs.jpcc.7b09885

Stability of Ultrathin Ceria Films on Pt(111) Exposed to Air and Treated in Redox Cycles

Gabriele Gasperi, Paola Luches, Clemens Barth

Journal of Physical Chemistry C 122:25954-25963 (2018)10.1021/acs.jpcc.8b07231

2017

Surface Stabilizes Ceria in Unexpected Stoichiometry

Reinhard Olbrich, Gustavo Murgida, Valeria Ferrari, Clemens Barth, Ana Llois, Michael Reichling, M Veronica Ganduglia-Pirovano

Journal of Physical Chemistry C 121:6844-6851 (2017)10.1021/acs.jpcc.7b00956

CO Chemisorption on Ultrathin MgO-Supported Palladium Nanoparticles

Aimeric Ouvrard, Ahmed Ghalgaoui, Carine Michel, Clemens Barth, Jijin Wang, Serge Carrez, Wanquan Zheng, Claude R. Henry, Bernard Bourguignon

Journal of Physical Chemistry C 121:5551-5564 (2017)10.1021/acs.jpcc.6b10595

2016

Advances in the Development of a 10-kA Class REBCO Cable for the EuCARD2 Demonstrator Magnet

A. Badel, A. Ballarino, C. Barth, L. Bottura, M. M. J. Dhalle, J. Fleiter, W. Goldacker, J. Himbele, A. Kario, L. Rossi, A. Rutt, C. Scheuerlein, C. Senatore, P. Tixador, A. Usoskin, Y. Yang

IEEE Transactions on Applied Superconductivity 26:4803908 (2016)10.1109/TASC.2016.2548938

Charging C-60 islands with the AFM tip

Brice Hoff, Claude R. Henry, Clemens Barth

Nanoscale 8:411-419 (2016)10.1039/c5nr04541j

Financement

Ingénierie moléculaire et matériaux fonctionnels Sources et sondes ponctuelles 2

Coordinateur: Clemens Barth, partenaires: Michael Reichling (Universität Osnabrück, Allemagne) et Henrik Grönbeck (Chalmers University, Suède)
Équipe CINaM: C. Barth, B. Chatelain, C. Laffon, P. Parent, G. Arthaud
Sujet: Nous étudions des phénomènes de l’activité catalytique à une seule nanoparticule (NP) par la nanosonde Kelvin (KPFM), qui mesure des changements du travail de sortie de la nanoparticule. Pour plus d'informations, voir la page du projet.

 

Coordinateur: David Martrou (CEMES, France), partenaire et responsable pour le CINaM: Clemens Barth, autres partenaires: Adam Foster (Aalto University, Finlande)
Équipe CINaM: C. Barth, B. Chatelain, L. Masson, L. Santinacci, G. Arthaud
Sujet: L’objectif de ce projet est de manipuler la charge dans une nanoparticule (NP) qui est supportée sur un film mince isolant. Pour plus d'informations, voir la page ANR du projet.

Équipements

L’équipe possède une chambre à l’ultra-vide (UHV) avec un STM/AFM et un système de diffraction électronique à basse énergie (LEED). Les parties suivantes sont attachées à la chambre UHV:

  • AFM/STM (Scienta Omicron) qui travaille à la température ambiante
    modes d’imagerie: STM, AFM contact, AFM noncontacte, KPFM
  • Système LEED (SPALEED, Scienta Omicron)
  • Des évaporateurs pour des molécules et des métaux (Pd, Au, Mg, Ce, etc.)
  • Un four UHV qui permet de chauffer des échantillons jusqu’à 1040 K
  • Des outils pour la préparation des films minces (canon ion, etc.)
  • Des outils pour des expériences de la réactivité (arrivées de gaz)

 

Nanoparticules, oxides et scanning probe microscopy 3
Les outils les plus importants attachés à la chambre UHV (à gauche) et une photo de la chambre UHV (à droite).

Collaborations

CINAM

 

National

 

International