CE09 - Nanomatériaux et nanotechnologies pour les produits du futur

Transport de charge et de spin dans des matériaux 2D contrôlé par voie électrochimique – ECOTRAM

Résumé de soumission

ECOTRAM envisage de (i) préparer des nanofeuillets de dichalcogénures de métaux de transition TMD fonctionnalisés de manière covalente par des molécules électroactives (oxydables ou réductibles à un ou deux électrons), (ii) transférer ces couches fonctionnelles sur des substrats et (iii) contrôler finement les propriétés de transport/transfert de charge/spin de ces systèmes hybrides via la charge de la molécule redox (et donc le potentiel électrique) et l'épaisseur des feuillets. En combinant de multiples techniques expérimentales à de la modélisation théorique, ECOTRAM permettra d'accéder à une connaissance approfondie des interfaces hybrides TMD/molécule et substrat/TMD et à une investigation détaillée des propriétés électriques et de transport de charge/spin des TMD fonctionnalisés. La présence du groupement fonctionnel devrait conférer à ces nouveaux nanomatériaux des propriétés physico-chimiques particulières, offrant des perspectives attrayantes pour l'élaboration sans précédent de dispositifs de spintronique électrocommutables.
Nous nous attendons à ce que la recherche pionnière menée dans le cadre de ECOTRAM apporte une quantité considérable de connaissances fondamentales qui pourront avoir un fort impact en électronique et spintronique moléculaire. Plus spécifiquement, la fixation covalente de molécules électroactives sur des TMDs constituera le coeur de ce projet, ce qui n'a pour l'heure jamais été reporté. Les nanofeuillets métalliques ou semi-conducteurs de MoS2 seront tout d'abord mis en oeuvre, mais une attention particulière sera également portée sur les autres membres de la famille MX2 (avec M = Mo ou W et X = Se ou S), qui ont été beaucoup moins exploités pour la fonctionnalisation moléculaire. Il est vraisemblable que ces nouveaux matériaux fonctionnalisés et transférés sur des surfaces (métalliques ou ferromagnétiques) présentent des propriétés inhabituelles de transport de charge et de spin induites par le groupement fonctionnel immobilisé. Ainsi, certaines propriétés caractéristiques des TMDs (par exemple, de transport de charge et/ou de spin) pourront être contrôlées par l'état redox de la molécule greffée et donc par le potentiel électrique appliqué.
Pour atteindre cet objectif ultime, des dispositifs de preuve de principe seront élaborés. Deux géométries différentes de dispositifs (à configuration horizontale ou verticale) seront réalisées pour tester les potentialités des TMDs fonctionnalisés pour la spintronique hybride organique-nanomatériau 2D. Pour les deux types de structures, le changement d'état redox de la molécule greffée par la tension électrique appliquée devrait influencer à la fois le couplage spin-orbite et la longueur de diffusion du spin des TMDs fonctionnalisés et donc la magnétorésistance tunnel (TMR) comme signal mesurable. Il deviendra ainsi possible de manipuler la réponse TMR de tels dispositifs par la nature de la molécule électroactive greffée et le nombre d'étapes de transfert d'électrons impliqués (un ou deux).
Finalement, la capacité à produire des résultats originaux et à fort impact s'appuiera sur un consortium équilibré de trois partenaires possédant des expertises complémentaires dans l'élaboration de surfaces fonctionnelles de qualité, l'étude des propriétés de transport et de transfert de charge/spin des nanomatériaux fonctionnalisés et de leurs interfaces à différentes échelles, et la mise en oeuvre de calculs théoriques pour une meilleure compréhension des données expérimentales. Il est également important de signaler que la recherche proposée tirera profit de l'intérêt croissant de ce consortium en spintronique moléculaire et dans le développement d'outils de caractérisation ad hoc.

Coordination du projet

Bruno Fabre (INSTITUT DES SCIENCES CHIMIQUES DE RENNES)

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

IPR INSTITUT DE PHYSIQUE DE RENNES
ISCR INSTITUT DES SCIENCES CHIMIQUES DE RENNES
IEMN Institut d'électronique, de microélectronique et de nanotechnologie

Aide de l'ANR 499 007 euros
Début et durée du projet scientifique : - 48 Mois

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