Service de Physique de l'Etat Condensé
Molecular Electronics is a field of research that aims at designing new electronic devices based on molecules. Unfortunately, lack of stability of molecular junctions induces a lack of reproducibility in the measurement process which prevents from a large scale utilization, in particular at the industrial level. A potential approach to overcome this difficulty lies in performing in operando characterizations, in order to get a better understanding of molecular devices and to improve their reliability.
This is what has been achieved through the collaborative work of different research teams from IMDEA-Nanociencia, Universidad Autonoma and Universidad Complutense in Madrid, University of Barcelona, ALBA Synchrotron and Centro de Astrobiologia in Torrejon de Ardoz, in Spain, and SPEC at University Paris-Saclay. These researchers have designed and realized a multifunctional hybrid molecular graphene field effect transistors which enables in operando spectroscopy.
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Du fait de ses propriétés électroniques très spécifiques, le graphène, simple feuillet d'épaisseur atomique de graphite, est largement étudié et de multiples applications potentielles sont proposées avec la réalisation de capteurs, de batteries… et aussi de matériaux composites. Depuis cette découverte en 2004, d'autres matériaux 2D aux propriétés spécifiques ont été élaborés, tel que le phosphorène en 2014, avec ses deux structures bleue et noire. La collaboration entre l'ISMO, le Synchrotron Soleil, les Universités UCF-USA et Mohammed V-Maroc, associée à un théoricien du SPEC, montre que le phosphorène bleu présente effectivement une structure électronique au niveau de Fermi comparable à celle du graphène. De quoi ouvrir de nouvelles applications potentielles ?
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Depuis son invention en 1985, la microscopie à force atomique (Atomic Force Microscopy) a largement progressé en fournissant une base pour les nombreuses microscopies et spectroscopies dérivées, avec notamment des sondes de charge électrique, résistives, magnétiques, thermiques et avec divers couplages optiques (Raman, IR). Dès l’origine, les cantilevers, structures en silicium micro fabriquées avec la pointe, et le système de détection optique se sont imposés. En mode statique (Contact Mode), l’amélioration de la sensibilité obtenue par diminution de la raideur des leviers se heurte aux effets de capillarité qui perturbent la mesure de force et génèrent des instabilités susceptibles d’endommager la surface en cas de friction excessive. C’est pourquoi des modes dynamiques, faisant osciller verticalement la pointe (Tapping Mode ou Amplitude Modulation AFM) ont été développés, ce qui a permis l’emploi de sondes plus rigides plus stables. On note cependant que les amplitudes d’oscillation de la pointe de l’ordre de quelques nanomètres dégradent la résolution latérale.
