Des molécules pour l’électronique

vendredi 21 mai 2010

Pour accéder au stade ultime de miniaturisation de la taille des circuits électroniques, de nombreuses recherches sont actuellement menées pour synthétiser des molécules qui miment les comportements des circuits logiques, systèmes binaires pouvant passer d’un état à un autre. Une équipe du Laboratoire Chimie, Ingénierie Moléculaire d’Angers (CNRS / Université d’Angers), en collaboration avec des chercheurs de l’Institut d’Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie (CNRS / Université Lille 1), vient de synthétiser de nouveaux systèmes photo-commutables présentant un ratio on/off record. Cette découverte ouvre des perspectives dans la conception de dispositifs électroniques moléculaires.

En électronique, le comportement d’un circuit logique est dit binaire car il est caractérisé par deux états : l’état 0, qui représente la valeur off et l’état 1, qui représente la valeur on. L’électronique moléculaire vise à réaliser les opérations élémentaires de circuits logiques comme le passage d’un état à l’autre (isolant ou conducteur, par exemple), à la manière d’un interrupteur, au sein de molécules ou d’architectures moléculaires individuelles. Pourquoi utiliser des molécules ? Pour accéder au stade ultime de la miniaturisation de la taille des circuits électroniques, ce qui suscite actuellement un effort de recherche considérable, dans le contexte plus général des nanosciences.

Aujourd’hui, il existe de nombreux exemples de molécules capables de se comporter comme un interrupteur moléculaire. Un des enjeux des recherches dans le domaine de l’électronique moléculaire est de mesurer directement la variation de conductance (passage de l’état isolant à conducteur dans un fil ou une jonction moléculaire unique comportant une fonction de commutation. Cette mesure est incontournable pour envisager l’insertion de ces molécules dans des dispositifs. Un moyen de réaliser la mesure est de préparer une mono-couche de molécules auto-assemblées (SAM), déposées sur une surface d’or, voie de synthèse particulièrement adaptée puisqu’elle permet d’accéder aux propriétés électroniques de molécules en utilisant des techniques de microscopie à champ proche. Si la préparation de SAMs a été largement développée, un défi majeur consiste à réaliser maintenant, au sein de telles couches, des mouvements moléculaires capables de conduire à une commutation des propriétés électriques de la molécule immobilisée sur la surface. Deux articles récents ont décrit des SAMs à base de systèmes conjugués (*) (oligophénylènes comportant un groupe azobenzène). L’irradiation de la monocouche à l’aide d’une lumière de longueur d’onde appropriée provoque un mouvement moléculaire (photo-isomérisation trans/cis de l’azobenzène). Ce mouvement engendre le repliement de la molécule entraînant ainsi une réduction de l’épaisseur de la SAM et l’augmentation du courant tunnel à travers la molécule. Une variation d’un facteur 30 du courant entre l’état « off » (trans-azobenzène) et l’état « on » (cis-azobenzène) a ainsi été mesurée par microscopie à force atomique.

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© Jean Roncali (CNRS-Univ. Angers)

Dans le cadre d’un projet ANR PNANO en collaboration avec l’équipe de Dominique Vuillaume de l’IEMN à Lille, le groupe Systèmes Conjugués Linéaires de l’UMR CIMA, (Université d’Angers) a synthétisé de nouvelles séries de systèmes conjugués photo-commutables à base d’oligothiophènes comportant des groupes azobenzènes. La caractérisation de ces systèmes a permis de montrer que l’ingénierie moléculaire de tels systèmes conjugués photo-commutables, permet d’augmenter d’un facteur 100 le rapport « on/off » qui atteint maintenant des valeurs très élevées de l’ordre de 3500.

Ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives en électronique moléculaire tant en ce qui concerne l’ingénierie des architectures moléculaires actives que la conception de nano-dispositifs dérivés de ces systèmes conjugués.

(*) Un système conjugué est constitué d’un squelette carboné comportant une alternance de liaisons simples et doubles ce qui induit une délocalisation électronique.

Pour en savoir plus : Oligothiophene-derivatized azobenzene as immobilized photoswitchable conjugated systems, Chem. Commun. 23 mars 2010S. Karpe, M. Oçafrain, K. Smaali, S. Lenfant, D. Vuillaume, P. Blanchard, J. Roncali

Contact :Jean Roncali, Laboratoire Chimie, Ingénierie Moléculaire et Matériaux d’Angers, courriel : jean.roncali@univ-angers.fr


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