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Molécules sur substrat semi-conducteur à température ambiante

La réalisation d’assemblages d’objets nanométriques sur des surfaces pour former des architectures complexes, polyfonctionnelles et stables est l’un des défis majeurs pour développer de nouveaux dispositifs possédant des propriétés nouvelles ou optimales, en particulier dans le domaine de la nano-électronique. De nombreux succès ont été obtenus, mais ils ne concernent que les surfaces métalliques et généralement à très basse température.

Molécules isolées sur Si(111)-B

Molécules isolées sur Si(111)-B Image 8x12nm2

Néanmoins, du point de vue applicatif, les substrats semi-conducteurs restent d’excellents candidats car ils ne nécessitent pas de rupture technologique car la micro-électronique actuelle est fondée sur leurs propriétés. De plus, les substrats semi-conducteurs sont nanostructurés et ils pourraient être utilisés en tant que moule pour étudier des molécules isolées ou de développer sur la surface des architectures moléculaires auto-assemblées. Cependant, les molécules conjuguées ne sont pas stables à température ambiante sur ces surfaces en raison de leur réactivité.

Etoile 2D sur Si(111) 7x7

Etoile 2D sur Si(111) 7x7 Image 6x7nm2

Le groupe « nanosciences » vient de démontrer pour la première fois qu’il est possible d’observer des molécules organiques conjuguées qu’elles soient isolées [1] ou auto-assemblées [2] sur des substrats semi-conducteurs à température ambiante. Pour atteindre ces objectifs, les travaux mettent à profit les compétences de chacun des membres du groupe : les molécules sont conçues puis synthétisées, imagées par STM en résolution atomique et les systèmes complets (molécules substrat) sont simulés par la théorie de la fonctionnelle densité.

Les concepts originaux développés consistent à mettre à profit soit une surface de silicium dopée en atome de bore (surface SiB) pour passiver la surface [1] et donc empêcher la réaction des molécules avec les atomes de silicium, soit de protéger les électrons des molécules organiques par un groupement anionique [2].
Ces résultats sont très prometteurs car ils ouvrent une voie nouvelle pour la fabrication de dispositifs hybrides organiques/inorganiques pour la nanoélectronique en conservant les technologies.
[1] Y. Makoudi, M. Arab, F. Palmino, E. Duverger, F. Chérioux, C. Ramseyer, M. J.-L. Tschan, B. Therrien, G. Süss-Fink, Phys. Rev. Lett., sous presse, parution Février 2008.
[2] Y. Makoudi, M. Arab, F. Palmino, E. Duverger, C. Ramseyer, F. Picaud, F. Chérioux, Angew. Chem. Int. Ed., 2007, 46, 9287-9290.

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