Plate-forme multifonctionnelle pour la l'élaboration de réseaux de nanocristaux organisés a longue distance – NANOCRISNET

NANOCRISNET se propose de répondre à un défi technologique majeur pour lequel il n'y a pas ou peu de réponse concrète: peut-on concevoir des réseaux bidimensionnels, sur substrat plan, de nanocristaux inorganiques i) organisés à grande échelle de manière reproductible et contrôlée et ii) directement intégrables dans des dispositifs électroniques?

Notre objectif est de concevoir par chimie supramoléculaire une plate-forme multifonctionnelle apte à guider l'assemblage de nanocristaux aux propriétés diverses (optiques ou magnétiques) en des réseaux de particules en interaction (1D, 2D) ou sans interaction (0D), afin de proposer une solution crédible pour la fabrication de dispositifs électroniques et/ou magnétiques. Il s’agit d'allier différents champs de la chimie (Chimie (supra)moléculaire, inorganique et chimie physique) afin de réaliser des systèmes ‘hôte-invité’ à base d’une matrice organique bidimensionnelle nanoporeuse apte à capter des nanocristaux; la régularité du réseau organique doit permettre d’organiser les particules de façon régulière et spatialement contrôlée. L’ingénierie des systèmes nanoporeux autorise un ajustement de la taille et du pas des cavités conduisant à une modulation des interactions interparticules et donc des propriétés électromagnétiques du film. Outre cette étude à caractère fondamentale, les potentialités de ce type de réseaux hôte-invité sera illustrée par la réalisation d’un substrat modèle pour l’enregistrement magnétique haute densité.

S’appuyant sur les expertises complémentaires des partenaires, NANOCRISNET se déroulera en 4 étapes:
-Elaboration d’un système hôte-invité modèle à partir d’une matrice organique bidimensionnelle nanoporeuse auto-assemblée sur substrat de graphite, obtenue par l'auto-assemblage de tectons dont la forme et la fonctionnalité permettent la réalisation de réseaux bidimensionnels périodiques isotropes ou anisotropes à très longue distance présentant des cavités de taille et pas variables et contrôlés. Ces cavités serviront de guides pour la formation de réseaux de nanocristaux 2D ou 1D.
-Extension du concept à des nanocristaux magnétiques (ferrites, nanoalliages de CoPt ou FePt), candidats potentiels pour les systèmes d'enregistrement magnétique haute densité. Le contrôle de la distance interparticule, par l'ajustement du pas du tamis moléculaire, permettra alors d'obtenir, avec les mêmes nanocristaux, des assemblées en interactions (film 2D) ou découplés magnétiquement du fait de l'augmentation des distances interparticules (structure 0D). Ce point est crucial, les auto-assemblages classiques ne permettant pas un tel contrôle de la distance interparticule. L'utilisation des tamis anisotropes permettra d'obtenir des réseaux 1D de nanocristaux. Nous étudierons alors les propriétés magnétiques de ces réseaux de nanoaimants isolés ou en interactions. Cette approche permettra de lever certains verrous technologiques en permettant d'obtenir des films nanostructurés à très longues distances où les interactions entre nano-objets peuvent être contrôlées.
-Contrôle de la coalescence des nanocristaux. Pour les nanoalliages (CoPt ou FePt) la phase magnétique dure est obtenue par recuit thermique, aboutissant à la perte de l’organisation périodique par coalescence. Nous utiliserons les réseaux bidimensionnels organiques comme guides pour inhiber ou diriger la coalescence. Ce volet permettra la réalisation d’un substrat pour l’enregistrement magnétique haute densité.
-Fabrication d'assemblées de nanocristaux de nature et/ou propriétés différentes (métal, oxyde, à propriétés optiques ou magnétiques) en jouant sur la fonctionnalité de la matrice organique et la fonctionnalisation correspondante des nanocristaux. Nous pourrons ainsi étendre la notion d'assemblage de nanocristaux et de super-réseaux en construisant des réseaux ordonnés multicomposants en terme de nanocristaux, ouvrant ainsi un nouveau champ d'investigation et d'application pour ces matériaux.