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Résumé :
Ce travail de thèse porte sur l’étude des limites physiques requises pour la conception d’une diode organique électroluminescente à l’échelle la plus réduite qui soit, celle d’un faible nombre d’atomes. Nous avons travaillé avec plusieurs systèmes moléculaires organiques π-conjugués afin de déterminer les critères essentiels que doit remplir une molécule pour pouvoir être utilisée comme telle. Dans ce cadre, le Microscope à Effet Tunnel s’avère être un outil particulièrement adapté pour étudier l’auto-assemblage de tous ces systèmes sur une surface ainsi que pour positionner avec une haute précision les électrodes constituées par la pointe et le substrat conducteurs.
L’organisation sur graphite de tectons tridimensionnels à pilier central paracyclophane a tout d’abord été étudiée. Ils présentent, au sein d’une même entité moléculaire, l’ensemble des fonctions requises pour obtenir une émission : celles d’organisation structurée par les interactions avec le substrat et celles d’opto-électronique. Le passage à un substrat d’or, mieux adapté pour l’exaltation par les plasmons, a ensuite été examiné. Une autre stratégie quant à l’organisation des molécules reposant sur une modification de leur nature et de leur longueur a été choisie avec l’usage d’oligophénylènes et de poly(3-alkylthiophènes). Leur stabilité, qui constitue le paramètre clef pour l’émission de photons sous pointe, a demandé à être améliorée sur ce même substrat et a motivé le développement d’une troisième architecture afin de consolider l’ensemble de l’édifice moléculaire. Des thiols chimisorbés ont été déposés sur or et des polymères fluorescents s’y sont superposés par création d’une liaison électrostatique. L’obtention d’une émission localisée avec un tel système conclue ce travail qui souligne que le principal obstacle à la réalisation d’une diode de taille minimale sera la stabilité structurale de ses constituants moléculaires.
LEPO – Laboratoire de Nanophotonique.
Mots-clés : auto-assemblage – électronique moléculaire – microscopie a effet tunnel – spectroscopie tunnel – monocouches – épitaxie – interface liquide-solide – photons – luminescence
Mastering opto-electronic processes in π-conjugated molecular architectures: self-assembly and local probe.
Abstract:
This PhD thesis concerns the study of the required physical limits for the design of organic light-emitting diode at the smallest scale that is, a small number of atoms. We worked with several organic π-conjugated molecular systems to determine the essential needed criteria for a molecule to be used as such. In this context, the Scanning Tunneling Microscope is a particularly suitable tool for studying self-assembly of all these systems on a surface and for positioning with high precision the electrodes formed by the conductive tip and the substrate. The organization of three-dimensional tectons with a central pillar paracyclophane on graphite was first studied. They have, in the same molecular entity, all the functions required for the emission of photons: those for a structured organization through interactions with the substrate and those for an optoelectronical behaviour. The transition to a better suited for the enhancement by plasmons gold substrate was then examined. Another strategy for the organization of molecules based on a change in their nature and their length was applied with the use of oligophenylenes and poly (3-alkylthiophenes). Stability, which is the key parameter for the emission of photons under a tip, had to be improved on the same substrate and has motivated the development of a third architecture to consolidate the entire molecular structure. Chemisorbed thiols were deposited on gold and with superimposed fluorescent polymers by the creation of an electrostatic bond. The obtaining of a localized emission with such a system makes this work emphasizes that the main obstacle to the achievement of a diode of minimum size is the structural stability of its molecular constituents.
Keywords: self-assembly – molecular electronics – scanning tunnelling microscopy – tunneling spectroscopy – monolayers – epitaxy – liquid-solid interface – photons – luminescence.
IRAMIS/SPCSI