Michael Calame dirige le laboratoire « Transport at Nanoscale Interfaces » de l'Empa. Il a conçu et supervisé les expériences avec Marcel Mayor de l'Université de Bâle et Jaime Ferrer de l'Université d'Oviedo (Espagne). Crédit :Empa
Les molécules sont généralement formées dans des réacteurs ou des flacons de laboratoire. Une équipe de recherche de l'Empa a réussi à produire des molécules entre deux microscopiques, pointes d'or mobiles - dans un sens comme un spécimen unique "tricoté à la main". Les propriétés des molécules peuvent être suivies en temps réel pendant leur production. Les résultats de la recherche viennent d'être publiés dans Communication Nature .
La fabrication de composants électroniques suit généralement une voie descendante dans des laboratoires physiques spécialisés. Utilisation d'outils de sculpture spéciaux dans les salles blanches, les scientifiques sont capables de fabriquer des structures atteignant seulement quelques nanomètres. Cependant, la précision atomique reste très difficile et nécessite généralement des microscopes spéciaux tels qu'un microscope à force atomique (AFM) ou un microscope à effet tunnel (STM). Les chimistes, quant à eux, réalisent régulièrement un tour de force :ils peuvent synthétiser un grand nombre de molécules qui sont toutes exactement identiques. Mais synthétiser une seule molécule avec une précision atomique et surveiller ce processus d'assemblage reste un formidable défi.
Une équipe de recherche de l'Empa, l'Université de Bâle et l'Université d'Oviedo ont maintenant réussi à faire exactement cela :les chercheurs ont synthétisé des molécules en forme de chaîne entre deux pointes d'or microscopiques. Chaque molécule est créée individuellement. Les propriétés de la molécule résultante peuvent être surveillées et documentées en temps réel pendant la synthèse.
Molécules tricotées à la main :Chaînes de 1, Le 4-benzènediisocyanate se forme entre des pointes d'or nanométriques, alternant avec des atomes d'or individuels. Crédit :Nature
Micro-usine entre pointes d'or
Anton Vladyka, Jan Overbeck et Mickael Perrin travaillent au laboratoire "Transport at Nanoscale Interfaces" de l'Empa, dirigé par Michel Calame. Pour leurs expériences, ils ont utilisé une technique appelée jonction à rupture mécaniquement contrôlable (MCBJ). Un pont en or de seulement quelques nanomètres d'épaisseur est lentement étiré dans une solution de réactif jusqu'à ce qu'il se brise. Des molécules individuelles peuvent s'attacher aux pointes de fracture du nano-pont et subir des réactions chimiques.
Les chercheurs de l'Empa ont plongé les pointes d'or dans une solution de 1, 4-diisocyanobenzène (DICB), une molécule avec de forts dipôles électriques aux deux extrémités. Ces extrémités hautement chargées se lient facilement aux atomes d'or. Le résultat :lorsque le pont est déchiré, une molécule de DICB détache les atomes d'or individuels du contact et construit ainsi une chaîne moléculaire. Chaque molécule de DICB est suivie d'un atome d'or, suivi d'une autre molécule de DICB, un atome d'or, etc.
Montage expérimental :Le pont d'or, qui n'a que quelques nanomètres d'épaisseur, est entouré d'un liquide réactif et est ouvert et fermé à plusieurs reprises par micromécanique - jusqu'à 50 fois. À la fois, la conductivité électrique est mesurée. Des chaînes moléculaires se forment entre les pointes d'or. Crédit :Nature
Remarquablement, l'assemblage moléculaire ne dépendait d'aucune coïncidence, mais fonctionnait de manière hautement reproductible, même à température ambiante. Les chercheurs ont ouvert et fermé à plusieurs reprises le pont d'or pour mieux comprendre le processus. Dans 99 des 100 essais, des chaînes moléculaires identiques d'or et de DICB se sont formées. En surveillant la conductivité électrique entre les contacts en or, les chercheurs ont même pu déterminer la longueur de la chaîne. Jusqu'à trois maillons de chaîne peuvent être détectés. Si quatre maillons ou plus sont formés, la conductivité est trop faible et la molécule reste invisible pendant cette expérience.
Cette nouvelle méthode permet aux chercheurs de produire des molécules électriquement conductrices sous forme d'échantillons uniques et de les caractériser à l'aide de diverses méthodes. Cela ouvre des possibilités complètement nouvelles pour modifier les propriétés électriques de molécules individuelles directement (« in situ ») et pour les ajuster avec une précision atomique. Ceci est considéré comme une étape cruciale vers la poursuite de la miniaturisation des composants électroniques. À la fois, il offre un aperçu approfondi des processus de transport au niveau atomique. "Afin de découvrir de nouvelles propriétés dans les assemblages moléculaires, il faut d'abord être capable de construire ces structures moléculaires de manière reproductible, " dit Michel Calame. " C'est exactement ce que nous avons atteint maintenant. "
