Evolution du transport électronique dans les réseaux molécules/nanoparticules – EVOLMONET

Les réseaux de nanoparticules (NP) fonctionnalisées par des molécules (ci-après dénommés NMN) sont apparus comme une approche intéressante en électronique moléculaire pour comprendre les mécanismes fondamentaux du transport des électrons, ainsi que pour développer des applications potentielles dans les circuits électroniques, de capteurs et de calcul. Les NMN à molécules simples (chaînes alkyles, oligomères conjugués p courts) ont été utilisés pour étudier les transitions métal-isolant, plasmonique et co-tunneling par exemple. Les NMN ont également été utilisés comme des plates-formes utiles et polyvalentes pour l'étude des commutateurs moléculaires à commande optique et des molécules redox conduisant à des NMNs mémoire et présentant un comportement de résistance différentielle négative.
L'objectif à long terme d'EVOLMONET dans le domaine de l'électronique et des circuits de calcul non conventionnels est d'utiliser un réseau de nanoparticules métalliques auto-assemblées reliées par des molécules électriquement commutables pour mettre en œuvre des portes logiques reconfigurables par des algorithmes génériques. Dans le domaine de l'informatique non conventionnelle (réseaux de neurones artificiels), l'utilité de ce type de réseaux a été théoriquement proposée, et des résultats expérimentaux très préliminaires ont été publiés pour les réseaux de commutateurs atomiques (basés sur Ag2S), les fils métalliques et par nous pour les réseaux molécules/nanoparticules.
Dans EVOLMONET, nous explorerons le transport d'électrons à haute fréquence et la dynamique dans les NMN constitués de NP Au fonctionnalisées par divers types de blocs moléculaires novateurs, conçus pour présenter des fonctionnalités pilotées par stimuli. Nous étudierons trois classes de molécules : i) les commutateurs optiques; ii) les commutateurs par onde THz ; et iii) les commutateurs moléculaires ioniques..
Les systèmes à l'échelle nanométrique présentant des comportements de transport d'électrons fortement non linéaires sont susceptibles d'être utilisés dans une approche "reservoir computing" d'inspiration neurologique. Notre objectif est d'explorer comment ces comportements peuvent être modifiés par un stimuli lumineux, redox ou ionique, ce qui ouvre la voie au traitement reconfigurable de signaux multi-input par un dispositif.
OBJECTIF 1 : Faire évoluer les performances des NMNs en améliorant les performances des NMNs (vitesse de fonctionnement et commutation).
Cela soulève la question de la vitesse maximale de fonctionnement des dispositifs moléculaires : des études théoriques ont prédit des temps de transit par les jonctions moléculaires dans le régime femtoseconde à picoseconde, permettant, en principe, des opérations dans le THz. Cependant, jusqu'à présent, les dispositifs moléculaires n'ont été démontrés que dans le régime des basses fréquences (20 kHz), ce qui constitue une limitation sérieuse du point de vue des dispositifs. Notre objectif sera d'étudier d'éventuelles améliorations de la conductance dynamique en fonction de la fréquence alternative (> 60 GHz).
La deuxième amélioration est la nécessité d'une commutation plus rapide de la conductance : pour les molécules non photochromiques, la commutation entre différents états de conduction dans une jonction moléculaire déclenchée par le passage d'une impulsion électromagnétique dans la gamme des THz sera explorée en utilisant une THz-STM disponible à l’IEMN.
OBJECTIF 2 : Réseaux de nanoparticules/molécules : Transport et dynamique des électrons par rapport à la topologie du réseau : une attention particulière sera accordée à la corrélation entre l'évolution de la distribution des chemins de conduction dans les NMNs et la variabilité des fonctions observées sur les propriétés de transport de charge dynamique aux différentes électrodes de sortie, qui dépendent de la topologie (et de la modification) de ces chemins de conduction dans les NMNs lors de la commutation de conductance des molécules.