Skip to main content

Molecular 'Click-tronics': Surface-based synthesis of single-molecule electronic components

Article Category

Article available in the folowing languages:

Les circuits monomoléculaires ouvrent la voie à la miniaturisation de l’électronique

Alors que la taille des composants de nos appareils électroniques diminue considérablement (elle est passée de 800 nanomètres en 1993 à seulement 7 nm en 2015), le domaine de l’électronique monomoléculaire se retrouve au cœur de nombreuses initiatives de recherche expérimentale, dont le projet MOLCLICK, financé par l’UE.

Recherche fondamentale

Historiquement, le développement du domaine de l’électronique monomoléculaire a été motivé par la possibilité d’extrapoler la tendance consistant à réduire les composants, jusqu’à une taille comparable à celle des atomes et des molécules, les molécules étant considérées comme la plus petite unité fonctionnelle concevable. «Il a été démontré que les molécules simples se comportaient comme des composants électroniques tels que des fils, des résistances et des commutateurs», explique le Dr Philippe Hapiot, coordinateur du projet MOLCLICK. «Nous sommes toutefois encore loin de comprendre comment connecter de vastes matrices de molécules uniques sous forme de circuits adressables, de manière à exploiter au mieux les avantages, en termes de taille, que présente l’utilisation d’un système moléculaire.» Dans le but de combler ce fossé, les chercheurs du projet MOLCLICK, financé par l’UE, ont étudié si la chimie de synthèse pouvait être utilisée pour construire des circuits complexes sur des surfaces. «Notre objectif consistait à développer différentes méthodes pour construire des circuits moléculaires sur des surfaces, à trouver des moyens d’évaluer la réussite de nos méthodes, puis à explorer les moyens d’améliorer nos capacités dans ce domaine», ajoute le Dr Michael Inkpen, chercheur du projet. Une démonstration réussie MOLCLICK a réussi à démontrer que la chimie de synthèse pouvait être utilisée pour câbler des circuits monomoléculaires. Plus précisément, le projet a mis au point une méthode innovante pour former et rompre de manière réversible des liaisons entre des fragments individuels se comportant comme des éléments de circuit résistifs. Celle-ci a ensuite été évaluée en utilisant une méthode permettant d’établir une jonction brisée contrôlée par microscope à effet tunnel (STM-BJ) et de mesurer la conductance des molécules au niveau de la surface avant et après la modification synthétique. La STM-BJ est une technique utilisée pour relier des molécules individuelles au sein d’un circuit électronique afin de pouvoir mener des essais. Il s’agit d’une méthode développée par la Dre Latha Venkataraman de l’Université Columbia, une experte mondialement reconnue dans ce domaine qui était l’une des partenaires du projet. «En observant les différences évidentes de conductance avant et après modification, nous avons été en mesure de confirmer que nous étions bien en train de construire les circuits moléculaires simples que le projet avait initialement conçus», explique le Dr Inkpen. «Plus important encore, nous avons montré que notre approche pouvait être généralisée en procédant à des démonstrations réussies d’autres méthodes de synthèse et, ce faisant, nous avons également prouvé que la STM-BJ pouvait jouer un rôle remarquable en tant qu’outil d’analyse de surface extrêmement sensible.» La clé pour poursuivre la miniaturisation Depuis l’invention du transistor en 1946, la miniaturisation des circuits électroniques intégrés a toujours consisté à réduire les coûts et la taille, tout en faisant simultanément augmenter la puissance et les capacités. Toutefois, en raison des limites technologiques actuelles, cette tendance vers une miniaturisation toujours plus poussée a fini par se stabiliser. «Les technologies et matériaux alternatifs, tels que l’utilisation de circuits construits à partir de molécules simples, dont ce projet fait la démonstration, sont essentiels pour poursuivre la miniaturisation des circuits électroniques dans les années et les décennies à venir», ajoute le Dr Hapiot. Bien que le projet MOLCLICK soit officiellement terminé, les travaux se poursuivent. Le Dr Inkpen poursuivra, par exemple, ses travaux sur l’électronique monomoléculaire et la chimie des surfaces dans le cadre de ses nouvelles fonctions de professeur assistant en chimie à l’Université de Californie du Sud. «Les leçons retenues et l’expérience acquise au cours de ce projet seront d’une valeur inestimable pour ma carrière de chercheur indépendant», déclare-t-il.

Mots‑clés

MOLCLICK, appareils électroniques, électronique monomoléculaire, chimie synthétique, jonction brisée contrôlée par microscope à effet tunnel, STM-BJ

Découvrir d’autres articles du même domaine d’application