Réactivité et Electrochimie Localisées – R.E.E.L

1- Contexte scientifique et objectifs Les méthodes électrochimiques sont des outils permettant d'étudier des systèmes à l'échelle micro- et nanométrique. A ces échelles, l'intégration d'objets moléculaires dans des dispositifs ayant une fonctionnalité bien définie est un enjeu scientifique fondamental. Actuellement, des molécules fonctionnelles sont proposées comme conducteurs, commutateurs et mémoires pour divers dispositifs. Cependant, l'étude de la dynamique de ces systèmes est encore peu développée même si les microscopies à champ proche permettent d'avoir une bonne idée de leur structure statique. En effet, il n'existe que peu de moyen pour observer le fonctionnement des objets (ou des molécules) après leur immobilisation sur une surface. Ainsi, si de grands efforts sont développés pour la synthèse ou l'organisation d'entités chimiques sur une surface, le développement des nanosciences peut difficilement se concevoir sans le développement de techniques d'études de la dynamique de ces systèmes. Les questions centrales seront de déterminer les influences de l'échelle de temps et d'espace ainsi que les effets d'environnement chimique sur (i) l'élaboration de quelques dispositifs nanostructurés (contacts atomiques, nanogaps, nanoplots) et (ii) la dynamique de processus de transfert de charge (changement d'état redox, propagation de charges entre molécules électroactives dans les micro- et les nano-systèmes). La compréhension et la maîtrise de ces processus seront bénéfiques dans l'élaboration d'interfaces nanostructurées et dans la mise au point de systèmes intégrés (Chaîne actionneur-capteur, synapse artificielle biomimétique). Les équipes participantes ont également pour objectif de développer un pôle de compétence centré autour des méthodes électrochimiques appliquées aux nanosciences. 2- Description du projet. Les questions scientifiques fondamentales de ce projet sont: a) Comment favoriser des croissances unidimensionnelles permettant l'obtention de nanogaps ou de contacts atomiques de manière reproductible? Dans quelle mesure l'électrochimie localisée est-elle apte à élaborer des interfaces nanostructurées? b) A quelle vitesse peut-on écrire quelques électrons sur quelques molécules et quels sont les facteurs limitant ce processus d'écriture (environnement chimique, couplage aux électrodes, taille des électrodes, distance centre électroactif/électrode, nature du séparateur)? c) La description du transfert d'électron dans les systèmes électrochimiques microniques cesse t'elle d'être pertinente à l'échelle moléculaire (électroneutralité, influence des paramètres environnementaux)? d) Jusqu'à quel point l'analyse du signal électrochimique, caractéristique des chemins de propagation de charge dans un nano-objet, permet-elle de décrire certains aspects de sa dynamique? Différents moyens instrumentaux complémentaires seront utilisés (Ultramicroélectrode à très grande vitesse de balayage, Microscopie à effet tunnel couplée à l'électrochimie, Microscopie électrochimique en mode stationnaire et transitoire) sur des interfaces nanostructurées, obtenues via une lithographie à l'aide de la Microscopie à force atomique (AFM ou C-AFM), pour étudier les différents processus pouvant être générés ou lus par le transfert de charge. 3- Résultats attendus Les résultats attendus sont: a) Le développement d'une méthode reproductible (au moyen de techniques électrochimiques de base) d'élaboration de contacts atomiques, de nanogaps et de réseaux de nanostructures. Mise en œuvre aisée d'une configuration Métal/Molécules/Métal. Applications pour les capteurs ultimes, les transistors à un électron et les composants plasmoniques. b) La compréhension des processus fondamentaux qui limite la commutation électrochimique de molécules électroactives. Développement de commutateurs electroactifs fonctionnant au GHz. Applications à des dispositifs plasmoniques actifs et d'électronique moléculaire. c) La compréhension, au niveau fondam...