Résumé
Ce travail de synthèse reprend une part significative de mon activité de recherche en physique des surfaces. Le fil conducteur adopté relève de la thématique nanoscience, de l’élaboration de structures d’intérêt à leurs propriétés physiques.
Nanoscience et nanotechnologie envisagent la manipulation et l’agencement d’entités élémentaires (atomes, molécules) sous forme de structures cohérentes à usages fonctionnels. Cet objectif est accessible via deux voies distinctes, une voie descendante top-down et une voie ascendante bottom-up. La voie descendante procède par miniaturisation progressive d’objets et de structures validés aux échelles macro- et mésoscopique. La voie ascendante consiste à assembler des composants élémentaires (atomes, molécules) pour fabriquer des structures fonctionnelles de complexité croissante. Ce travail de synthèse constitue une illustration de la voie ascendante.
Dans une première partie, je rapporte une série de travaux consacrés à l’élaboration de structures d’intérêt par la mise à profit de phénomènes physiques spontanés d’auto-organisation spatiale. Deux outils de nanostructuration des surfaces sont plus particulièrement traités. Il s’agit des instabilités cinétiques de croissance et des processus d’autoassemblage supramoléculaire. Le premier désigne un processus hors d’équilibre intrinsèque à la croissance par épitaxie d’un cristal. Ces instabilités morphologiques, issues de la compétition entre forces antagonistes, structurent efficacement l’interface de croissance à l’échelle de la dizaine de nanomètres. Dans le cas de surfaces à marches, surfaces dites vicinales, les instabilités à l’oeuvre au voisinage de la température ambiante sont les instabilités de méandre et de mise en paquets des fronts de marche. Le second outil vise au pilotage de la physique d’assemblage de molécules à la surface d’un solide au travers de la maîtrise des interactions moléculesubstrat. Ce travail s’appuie sur un effort de compréhension des architectures supramoléculaires et une étape d’ingénierie amont des molécules cibles. En complément, l’emploi de reconstructions de surface et de processus d’interaction lumière matière sont également abordés.
Au–delà des aspects purement dimensionnels, ce travail s’attache à l’étude et la mise en valeur de certains aspects fonctionnels des nanostructures obtenues. Dans une seconde partie de ce document, j’aborde ainsi quelques résultats liés aux propriétés physiques des assemblages supramoléculaires (fonctions de tamis moléculaires) et à la plasmonique de nano-objets métalliques via la mise à profit d’une alternative aux outils d’investigation usuels, à savoir la microscopie de photoémission d’électrons.
Mots clefs : surface, instabilité de croissance, autoassemblage, plasmonique, reconstruction de surface
IRAMIS/SPCSI