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Transport Electronique à L’Echelle Moléculaire (TELEM)

Notre recherche

Le but de notre équipe de recherche est d’explorer les propriétés fondamentales du transport quantique de charge et de spin à l’échelle moléculaire dans des structures hybrides constituées de contacts métalliques ou semiconducteurs et de molécules uniques ou de films ultraminces organiques.
Les architectures de nos dispositifs varient avec une géométrie latérale (ex. : transistor à nanotubes de carbone à effet de champ = figure 1a) ou verticale (ex. : jonction tunnel, diode moléculaire = figure 1b). Ils sont fabriqués en salle blanche en collaboration avec le laboratoire de chimie ITODYS. Nous explorons aussi de nouvelles approches technologiques en utilisant du graphène et/ou des nanotubes de carbone comme "contacts" sur les molécules vers une électronique entièrement à base de carbone.

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Figure 1a : Image obtenue par microscopie électronique à balayage de transistors à nanotubes de carbone (thèse de Philippe Petit). Figure 1b : Schéma d’une jonction moléculaire Au/anthraquinone/Au à géométrie verticale. Image tirée de notre article récent sur les phénomènes d’interférences quantiques : V. Rabache et al., JACS 135 10218–10221 (2013).

Pour plus de détails sur notre recherche, veuillez consultez le lien suivant Projets de recherche.

Les molécules pour l’étude du transport quantique

L’électronique moléculaire est née du paradigme qu’un dispositif entier pouvait être condensée en une seule molécule en designant/choisissant sa structure chimique (donc électronique). En effet, la grande diversité de la chimie permet de produire des molécules "reproduisant" la plupart des dispositifs d’électronique classique mais aussi quantique (figure 2) à l’échelle de quelques nanomètres seulement. De plus, la taille réduite des molécules et leur faible coût de production font que l’électronique moléculaire/organique est une vraie alternative à l’électronique à base de matériaux semiconducteurs inorganiques. Les transistors à base de nanotube de carbone ou bien les OLEDs (diodes électroluminescentes organiques) en sont des exemples les plus avancés.
Récemment, nous nous intéressons aux propriétés de transport de jonctions à base d’anthraquinone pour rechercher des effets d’interférences quantiques (expliquées sur la figure 2) ainsi que sur les propriétés de thermoélectricité des jonctions moléculaires.

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Figure 2 : Interférences quantiques obtenues dans une molécule d’anthraquinone. Image tirée de notre article récent sur les phénomènes d’interférences quantiques : V. Rabache et al., JACS 135 10218–10221 (2013).

Quelques articles de revue très récents sur l’électronique moléculaire peuvent être téléchargés ici, ici et ici.

L’électronique de spin moléculaire

Les matériaux organiques sont aussi, potentiellement, d’excellents candidats comme milieu pour la propagation/stockage de l’information quantique de spin. Ceci est du au faible couplage spin-orbite et aux interactions hyperfines faibles présents dans ces matériaux à base d’éléments légers (C, N, O, H,..). Cette spécificité les rend extrêmement intéressants pour les futurs dispositifs de logique de spin dans lesquels les étapes de propagation et de stockage de l’information sont primordiales. De plus, comme nous l’avions évoqué précédemment, ces matériaux peuvent disposer de multiples fonctionnalités (diode, switch optique, transition de spin...) implémentées à l’échelle d’un groupement chimique seulement.
Nous nous intéressons donc aussi aux propriétés de transport de spin (spintronique) des jonctions moléculaires en utilisant toute la richesse de l’électronique moléculaire. Notre première approche consiste à utiliser des molécules fonctionnelles comme des diodes moléculaires dans des jonctions métal ferromagnétique/molécules/métal ferromagnétique pour chercher de nouvelles fonctionnalités de spintronique. Nous cherchons aussi à comprendre le rôle des liaisons chimiques à l’interface métal ferromagnétique/molécule sur les propriétés d’injection de spin. Des dispositifs plus complexes intégrant du graphène et/ou des nanotubes de carbone sont aussi envisagés.

Une revue récente sur la spintronique moléculaire peut être téléchargée ici.

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