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Nanoréseaux moléculaires auto-organisés : de la réalisation au contrôle des propriétés electroniques – SAMNET

Résumé de soumission

Les limitations actuelles des procédés technologiques top-down imposent de nouvelles approches qui doivent être maîtrisées pour l'intégration de fonctionsphysiques, chimiques ou biochimiques à des échelles inférieures à 100 nm. Demême, la réalisation bottom-up fondée sur la construction d'un édifice à base d'éléments moléculaires se heurte aux difficultés de la manipulation des briques élémentaires, du contrôle de leur réactivité, de leur organisation et de la réalisation de la connectique associée. Dans l'objectif de dépasser cette double limitation, nous proposons la réalisation en parallèle d'un grand nombre d'objets organiques identiques et organisés à l'échelle nanométrique, par la technique de l'auto-assemblage. En fabriquant des réseaux nanostructurés, nous pourrons accéder aux propriétés électroniques de ces objets. Nous obtiendrons ainsi les connaissances indispensables à leur utilisation future. L'étude fondamentale de ces objets sera faite en fonction des savoirs requis pour les applications potentielles comme i) l'électronique et l'électrochimie à l'échelle d'une ou de quelques molécules semi-conductrices organisées en réseau nanométrique ii) les biocapteurs, avec en particulier une application vers la détection très sensible de l'hybridation des brins d'ADN. De façon plus précise, le point central du projet est, dans un premier temps, de réaliser, par une voie originale, des réseaux ordonnés à l'échelle nanométrique de monocouches organiques électroactives, par réplication d'un gabarit métallique spontanément texturé en 2D. Les objectifs sont de contrôler la taille des domaines moléculaires organisés et de maîtriser leur disposition spatiale en réseau. Dans un second temps, les propriétés électro-optiques, électrochimiques et biochimiques seront étudiées en fonction de la taille des domaines moléculaires par des méthodes locales et macroscopiques. Dans ce projet pluridisciplinaire, la réunion de deux équipes, spécialistes de l'auto-organisation, soit de molécules organiques (ITODYS), soit d'atomes métalliques (MPQ) et d'une équipe de spectroscopistes d'objets nanométriques (CEA) permettra de réaliser et de caractériser de telles structures moléculaires complexes. Concrètement, l'utilisation de surfaces d'or spontanément nano-structurées comme gabarit nous permettra de construire des réseaux de nano-objets s'étendant sur des dimensions macroscopiques. La présence de sites de nucléation spécifiques (bords de marche ou sites reconstruits organisés en réseau de haute densité ~10 Teraplots/ in2), permet le dépôt de nano-plots métalliques sur ces sites suivi d'un greffage localisé en fonction de l'espèce chimique considérée. Nous pourrons ainsi constituer un double assemblage de molécules A et B respectant la nano-structuration initiale (typiquement, un réseau de plots à maille rectangulaire 10nm x 2nm pouvant s'étendre sur toute la surface de l'échantillon). La structure des molécules proposées est de type X-(CH2)n-Y (n=0,10), structure permettant le greffage et l'auto organisation en monocouche (SAM). Dans notre cas, Y est une fonction électroactive semi-conductrice dont nous mesurerons les caractéristiques électroniques par rapport à son environnement chimique, soit en fonction de la - taille du domaine moléculaire électroactif, soit comme sonde électrochimique de l'hybridation de brins d'ADN situés autour de ces domaines Concrètement, le premier réseau modèle fabriqué sera un réseau de molécules B électroactives - pour lesquelles le pôle X sera une fonction thiol (X- = HS-) et la fonction électroactive Y, un oligothiophène (groupe aromatique composé de 3 ou 4 unités thiophène). Ce réseau électroactif sera entouré par une mer de thiols aliphatiques (SAM de molécules A). La réalisation de ce type de réseau mixte nécessite les étapes suivantes : - préparation et contrôle des surfaces métalliques nano-structurées et dépôt sous vide des plots métalliques, typiquement du cobalt, de taille contrôlée (1nm à 10nm); - o...

Coordination du projet

Philippe LANG (Organisme de recherche)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES - CENTRE D'ETUDES NUCLEAIRES SACLAY

Aide de l'ANR 337 000 euros
Début et durée du projet scientifique : - 48 Mois

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