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Vers des commutateurs moléculaires solides

Le développement rapide de l'électronique moléculaire apporte un moyen de prolonger la validité de la loi de Moore au-delà des limites prévues des circuits intégrés sur silicium. Des scientifiques financés par l'UE ont fabriqué de nouveaux systèmes moléculaires, basés sur des changements d'oxydoréduction, qui peuvent conserver une charge ou se comporter comme des commutateurs ou des mémoires.
Vers des commutateurs moléculaires solides
Il arrive souvent que des molécules possèdent des propriétés uniques sans équivalent chez les matériaux classiques, promettant ainsi de réaliser des dispositifs aux fonctions impossibles pour les dispositifs semi-conducteurs équivalents. C'est le cas des commutateurs moléculaires sur des surfaces, et divers stimuli peuvent les déclencher en manipulant par exemple leurs états chargés.

Les molécules redox sont de bons candidats pour ces commutateurs moléculaires. Cependant, pour qu'elles conservent la capacité de commutation constatée en solution, leur intégration dans des dispositifs implique de les immobiliser sur un support solide. Le projet ELECTROMAGIC (Multifunctional surfaces structured with electroactive and magnetic molecules for electronic and spintronic devices), financé par l'UE, cherchait à synthétiser des commutateurs moléculaires solides en préparant des monocouches auto-assemblées.

Les scientifiques ont synthétisé de telles monocouches à partir de molécules de métallofullerènes endohédraux sur un substrat d'or, et ont pu déclencher électriquement le comportement magnétique de la surface en changeant son état redox. L'équipe a aussi fonctionnalisé une surface d'or avec deux molécules différentes de tétrathiafulvalène, démontrant la possibilité de contrôler sa mouillabilité. De plus, ils ont modulé l'énergie de surface en échangeant les contre-ions utilisés pour stabiliser la charge des monocouches oxydées.

Les états redox peuvent aussi agir comme des bits de mémoire. Et plus le nombre d'états augmente, plus est grande la capacité de stockage pour le commutateur moléculaire. Des monocouches mixtes, basées sur deux molécules électro-actives, agiraient comme un commutateur pluri-moléculaire.

Les scientifiques ont poursuivi en concevant un système plus complexe, confinant les molécules à certaines zones de la surface. Ils visaient une preuve de concept en utilisant des nanoparticules capables de se lier avec les molécules à la surface. Ce système peut servir dans des puces microfluidiques pour guider la reconnaissance de canaux, dans des capteurs pour des molécules biologiques chargées, ou pour contrôler la croissance de polyélectrolytes chargés.

L'équipe du projet a aussi apporté des informations essentielles sur l'usage de radicaux organiques dans la spintronique moléculaire. Après la préparation de monocouches auto-assemblées, basées sur des radicaux organiques, les expériences ont conformé le rôle des radicaux sur le transport de charge à travers les jonctions moléculaires entre les radicaux et les électrodes.

La capacité de contrôler efficacement les propriétés de la molécule pour chaque état redox ouvre une voie vers des dispositifs moléculaires fonctionnant comme des commutateurs, des mémoires ou des détecteurs.

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Mots-clés

Commutateurs moléculaires solides, électronique moléculaire, changements d'états redox, spintronique moléculaire, stockage de l'information