HDR : Contrôle optique de l’organisation de matériaux moléculaires : de l’échelle microscopique à la manipulation de molécules individuelles

Au-delà de l’étape préalable d’ingénierie moléculaire visant à optimiser la structure d’une molécule pour une propriété donnée, le point clef en vue de révéler une fonctionnalité ou de mettre au point un composant concerne le contrôle de l’assemblage des molécules qui en constituent les éléments de base : dans de ce rapport, on montre plus particulièrement que les moyens optiques offrent des perspectives intéressantes pour structurer certains matériaux de façon simple, directe et sans contact, à la fois en volume et en surface. L’utilisation d’interférences bifréquences permet notamment d’organiser des molécules de façon polaire avec des moyens purement optiques. Nous avons pu montrer que ces résultats pouvaient être appliqués à l’ingénierie de matériaux pour la conversion de fréquences ou à l’optimisation de cellules solaires organiques. D’un point de vue davantage fondamental, ces résultats ont donné lieu à la mise au point d’une technique de spectroscopie originale dite de mélange à 6 ondes. Outre ces effets de réorientation photoinduite, il a pu être mis en évidence que l’irradiation de films minces de polymères photochromes par un faisceau d’interférences permettait d’induire une modification topographique contrôlée et réversible de la surface du film ; des mouvements moléculaires photoinduits donnant lieu à des effets de transport de matière au sein de la matrice polymère. Un modèle original de diffusion translationnelle photoinduite de molécules a été proposé. En termes d’applications, ces travaux nous ont amené à la mise en œuvre de géométries de composants optimisées tant en ce qui concerne le domaine des cellules solaires plastiques que celui des diodes électroluminescentes. Actuellement, dans un contexte de miniaturisation et d’intégration des composants toujours accru, il est nécessaire d’aller encore plus loin dans l’organisation des matériaux, l’objectif étant d’en contrôler l’organisation à l’échelle nanométrique. Dans ce cadre, nous nous sommes récemment attachés à mieux comprendre les paramètres gérant l’auto-organisation de molécules sur un substrat donné. Nos expériences récentes de microscopie à effet tunnel (STM) nous ont permis de montrer qu’il était possible de concevoir des molécules de formes et structures variées pour construire des assemblages plus complexes dont l’organisation pouvait être réalisée ‘à façon’. Nous avons notamment pu démontrer les fonctions de tamis moléculaire d’une monocouche autoassemblée sur un substrat de graphite. Mon projet de recherche s’inscrit dans la continuité de ces travaux. Les recherches envisagées visent d’une part à caractériser et à mieux comprendre les propriétés optiques d’assemblages contrôlés à l’échelle nanométrique et d’autre part à approfondir les moyens de structuration optique à l’échelle sub-longueur d’onde (étude du placement dynamique de molécules ou nano-objets individuels sur un substrat, notamment via l’utilisation d’interactions spécifiques laser / molécules photochromes, mise en œuvre de nano-sources de lumière).