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Dynamique d'auto-assemblages moléculaires bidimensionnels
Guillaume Schull (ENS Cachan)
SPCSI/LEPMEN
Mardi 07/11/2006, 14h00
Soutenance à l'ENS Cachan (salle Condorcet). Manuscrit de la thèse L'étude des processus intervenant dans la réalisation d'auto-assemblages moléculaires est au centre de nombreuses recherches en physique, chimie ou biologie. Dans ce cadre les organisations de surface formant des structures mono-couche constituent des systèmes particulièrement attractifs autant pour leur utilisation potentielle, que pour la simplification apparente des processus d'organisation liés à la réduction de la dimensionnalité. En outre, ces systèmes peuvent être étudiés directement à l'échelle de la molécule unique à partir de microscopes en champ proche. Ces techniques permettent également d'investiguer en temps réel les processus dynamiques intervenant au cours des processus d'assemblages. Les résultats de microscopie à effet tunnel rapportés dans cette thèse décrivent tout d'abord, et dans le détail, les mécanismes régulant l'organisation d'une famille de molécules modèles sur une surface de graphite HOPG. Dans ce cadre, nous verrons de manière quantitative les contributions respectives des interactions (ici non-covalentes de type Van der Waals) intervenant entre molécules et entre molécules et substrat. Cette étape constituera la base d'une étude dédiée à l'observation et la compréhension des mécanismes dynamiques intervenant à la surface de l'échantillon, au cours, et après l'organisation des molécules sur la surface de graphite. Ces deux chapitres nous permettrons de tirer les enseignements nécessaires à la réalisation en surface d'auto-assemblages nano-poreux aux propriétés originales. Ceux-ci se révèlerons en effet, suffisamment stables pour exister à température ambiante et permettre le piégeages de molécules hôtes au sein de leurs pores, tout en présentant des propriétés dynamiques particulières permettant un contrôle circonstancié et originale du déplacement en surface de ces hôtes de cavités en cavités. Nous montrerons que ces assemblages sont assimilables à des tamis moléculaires de surface dont nous décrirons le fonctionnement et les propriétés en détails. Des résultats, rapportant l'influence d'un champ optique incident sur ces monocouches de molécules, concluent cette thèse. Ils constituent une première étape en vue d'un contrôle externe et local de la dynamique des molécules en surface. Mots-clés : Microscope à effet tunnel – auto-organisation – molécules - dynamique – tamis moléculaire -------------------------------------------------------------------------------- Dynamic of two dimensional molecular self-assemblies The study of the mechanisms which influence the realization of molecular self-assemblies is central to many different researches in physics, chemistry or biology. In this framework, the surface-organisations formed by monolayer structures constitute attractive systems, both because of their potential applications and of the apparent simplification of the organization process under reduced dimensionality. Moreover, such systems could be studied at the single molecule level by Near Field Microscopy. These techniques permit also real-time observations of the dynamic phenomenon which appear during the assembling process. The scanning-tunnelling-microscopy studies reported here describe, in a first stage, the detailed mechanisms which control the organization of a class of model molecules on the Highly Oriented Pyrolitic Graphite (HOPG) surface. Thus we propose a quantitative analysis of the interplay between intermolecular and molecule–substrate interactions which is known to drive the assembly. This step constitutes the basis of a study devoted to the observation of the dynamic mechanisms which prevail, at the monolayer scale, during and after the molecular organization process. These two chapters lead us to the description of the fundamental rules required for the realization of a nano-porous surface assembly of molecules with original properties: sufficiently stable at room temperature for trapping some guest molecules inside the nano-pores, this matrix present also some dynamic properties which permit to control selectively the transport of these guests through the cavities. These structures can be considered as surface molecular sieves, the operating mechanisms and the physical properties of which are described in details. Finally, results presenting the response of these molecular monolayers to an optical excitation complete this manuscript. They constitute a first step towards an external and local control onto the surface motion of guest molecules. Keywords: scanning tunnelling microscope – self-organized – molecules – dynamics – molecular.

 

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