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Des molécules sur des films isolants

Au cours des prochaines décennies, les dispositifs à semi-conducteurs sur lesquels reposent les actuelles technologies de l'information seront confrontés à des limitations fondamentales. Pour rendre possibles de nouveaux progrès dans le traitement de l'information, des chercheurs financés par l'UE se sont tournés vers des dispositifs monomoléculaires.
Des molécules sur des films isolants
Le circuit logique au niveau monomoléculaire devrait être le candidat le mieux placé pour la prochaine génération d'appareils haute performance de traitement de l'information. Bien qu'ayant été proposés il y a plus d'un quart de siècles, les dispositifs monomoléculaires n'ont cependant pas encore trouvé d'applications pratiques.

Les principaux obstacles tiennent à la difficulté d'accéder à une molécule isolée et aux états électroniques complexes des molécules reliées aux électrodes. Grâce aux progrès de la microscopie et des simulations numériques, la démonstration de dispositifs monomoléculaires se rapproche plus que jamais de la réalité.

Dans le cadre du projet DECIMOL (Decoupled insulator-supported molecules), des chercheurs ont utilisé une combinaison de trois techniques expérimentales. L'association de la microscopie à effet tunnel et de force dynamique, de la spectroscopie de photoémission et de calculs basés sur la théorie de la fonctionnelle de la densité apporte des informations précieuses sur les interactions molécules/semi-conducteurs.

Les recherches de DECIMOL se sont axées sur des films fins d'isolants au fluorure de calcium (CaF2) cultivés sur un substrat semi-conducteur de silicone (111). Dans le passé, le système isolant sur métal a déjà montré son adéquation aux dispositifs à semi-conducteurs, où il peut former des barrières à effet tunnel.

Plus précisément, le CaF2 a été déposé sous vide sur le silicium (111). En fonction de la température du substrat, il est possible d'induire différentes phases. Sur les systèmes isolant sur métal, les chercheurs ont placé des molécules d'inertie comparable, comme le dianhydride pérylène-3,4,9,10-tétracarboxylique (PTCDA).

Les chercheurs ont identifié différents assemblages moléculaires entre les films minces CaF2 et CaF1, la couche d'interface CaF1 présentant essentiellement des molécules isolées. L'étude des structures orbitales du PTCDA a révélé le couplage électronique entre les molécules et le substrat conducteur à travers la barrière isolante.

Les résultats de DECIMOL constitueront une base solide pour d'autres études sur le découplage des molécules à partir de substrats semi-conducteurs. Au-delà de la recherche fondamentale, la conception de «matériel chimique» pour le traitement de l'information dépend de la réussite du couplage de molécules isolées pour exécuter des fonctions électroniques.

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Mots-clés

Semi-conducteurs, traitement de l'information, appareils monomoléculaires, DECIMOL, isolant sur métal