Reseau de fils moléculaires à base de polyoxometalates pour des applications en électronique moléculaire – POMSIL

Le but ultime de l'électronique moléculaire (ME) est l'utilisation d'une molécule unique ou d’un petit ensemble de molécules comme composant dans des dispositifs électroniques. Cependant, la mesure, la compréhension et la manipulation du transport de charge à travers des molécules accrochées entre deux nanoélectrodes restent des tâches difficiles. Il est donc important pour des applications technologiques de fabriquer des jonctions moléculaires (MJs) présentant une réponse électrique robuste, reproductible, stable, et d’évaluer leurs performances. Les chimistes sont capables de synthétiser des molécules ayant des propriétés électroniques, optiques, magnétiques, thermoélectriques ou électromécaniques étonnantes et susceptibles de conduire à des systèmes électroniques présentant ces fonctionnalités. Cependant leur intégration dans les dispositifs reste un problème majeur en ME. Un autre inconvénient est que les MJs à une seule molécule (SMJs) ne sont généralement stables mécaniquement que pour des durées relativement courtes (temps de vie < 2 s).
Dans ce projet nous ambitionnons de surmonter certaines de ces contraintes, en développant des approches expérimentales originales impliquant la fabrication de réseaux à haute densité de MJs basés sur le confinement de polyoxométalates hybrides (POM), de poly(3,4-éthylènedioxythiophène) (PEDOT) et/ou PEDOT:POM, en utilisant comme moules des membranes de silice constituées de nanocanaux alignés verticalement. Les molécules ciblées sont électroactives et se révèlent être de bons candidats pour la fabrication de dispositifs moléculaires car elles sont susceptibles de stocker de grandes quantités de charge. Elles seront confinées dans les nanocanaux via des interactions électrostatiques ou des liaisons covalentes, sous forme de fils de quelques nm de diamètre et de quelques dizaines de nm de longueur. Différents aspects seront soigneusement étudiés afin d'atteindre notre objectif : (i) les transports de matière et les transferts de charge de ces molécules au travers des films de silice à mésopores orientés verticalement ; (ii) le développement de plusieurs stratégies d’encapsulation de ces molécules à l'intérieur des nanocanaux, et (iii) la fabrication de MJs à base de POM et PEDOT:POM en vue d’études de conductance et de stabilité. Cela nécessitera un savoir-faire dans la synthèse de précurseurs de POM et dans l'élaboration de films hybrides organiques-inorganiques à base de silice, ainsi qu’une maîtrise des techniques de caractérisation physico-chimique associées, dont la faisabilité a été établie au cours d’études préliminaires.
Idéalement, ce projet contribuera à l'obtention dans des conditions douces de films de silice mésoporeuse structurée à l’échelle nanométrique et fonctionnalisée par des nanofils de POM, PEDOT et PEDOT:POM, ouvrant la voie au développement d'une nouvelle classe, encore rare, de MJs à base de POM. La configuration particulière des nanocanaux individuels alignés verticalement est particulièrement pratique pour: (i) assurer un transport de charge 1D basé sur une très haute densité de fils moléculaires physiquement séparés, évitant ainsi les problèmes de diaphonie électronique souvent rencontrés dans des dispositifs similaires; (ii) minimiser le mouvement moléculaire et la flexibilité de chaque fil redox et (iii) améliorer ainsi leur conductance, leur stabilité et leur possible intégration ai sein de dispositifs ME.
Les partenaires participant au projet rassemblent des compétences complémentaires et contribuent à son caractère interdisciplinaire. Ils mettront en commun leurs expertises spécifiques pour garantir que toutes les tâches soient bien réalisées avec succès.
Du fait de la stabilité et de la reproductibilité attendues pour ce nouveau type de MJs, ce projet ouvre une nouvelle perspective sur les études du transport électronique à l'échelle nanométrique. En outre, notre approche simple et peu coûteuse, ouvrirait la voie à des applications pratiques en ME.