Abstract:
This PhD thesis is about electronic transport through organic molecules inserted in a metal-molecule-metal junction. we describe first a simple process to prepare sub-3 nm gaps by controllable breakage (under an electrical stress) of gold wires lithographed on a SiO2/Si substrate at low temperature (4.2 K). we show that the involved mechanism is thermally assisted electromigration. we observe that current-voltage (i-v) characteristics of resulting electrodes are stable up to ~5 v, which gives access to the well-known fowler-Nordheim regime in the I-V, allowing an accurate characterization of the gap size. the average gap is found to be between 1.5 nm in width and 2.5 eV in height. molecules and nanoparticles have then been inserted in the junction. in the case of nanoparticles for example, the resulting I-V clearly shows the suppression of electrical current at low bias, known as coulomb blockade, characteristic of single-electron tunnelling through nanometer-sized structures. Finally, we fabricated a single-electron tunneling device based on au nanoparticles connected to the electrodes via terthiophene (T3) molecule. we use the silicon substrate, separated from the planar structure by a silicon oxide of 200 nm, as an electrostatic gate and observed clear current modulation with possible signature of the transport properties of the terthiophene molecules
Keywords:
Électronique moléculaire : étude des propriétés électroniques de molécules organiques au sein d’une jonction métal-molécule-métal
Résumé :
Cette thèse décrit les travaux réalisés sur le transport électrique dans des molécules organiques insérées au sein d’une jonction planaire de dimension nanométrique. dans un premier temps, on a mis au point une méthode de fabrication (combinant lithographie optique et électronique) de nanofils d’or de dimensions 50×400 nm2 sur une épaisseur de 15 nm. Sous l’effet du passage d’un courant d’intensité croissante, ces nanofils “claquent” (de la même manière qu’un fusible) pour donner des ” gaps ” de l’ordre du nanomètre.
Des mesures électriques, réalisées a froid (4 K), ont permis de mettre en évidence un transport électronique de type tunnel à travers les jonctions et d’obtenir les caractéristiques moyennes de la barrière énergétique supposée rectangulaire : 1.5 nm de largeur et 2.5 eV de hauteur.
Dans un deuxième temps, des molécules et des nanoparticules ont été insérées dans l’espace ainsi généré. On a ainsi pu mettre en évidence le phénomène de blocage de coulomb en présence de nanoparticules, et une conduction de type tunnel séquentiel à travers les niveaux d’énergie discrets d’une molécule. On a enfin obtenu une jonction à base de molécules et de nanoparticules pour laquelle une modulation de grille périodique est observée
Mots-clés :