Conjugaison et chevauchement :
Le squelette d’un fil moléculaire est constitué de doubles liaisons conjuguées ou de cycles aromatiques qui facilitent le transport de charges. L'étendue de la conjugaison et le degré de chevauchement orbital entre monomères adjacents jouent un rôle important dans la détermination de la conductance du fil. Un chevauchement continu et efficace des orbitales π le long du squelette moléculaire favorise une délocalisation efficace des électrons, conduisant à une conductance plus élevée.
Effets de résonance :
La séquence de monomères peut introduire des effets de résonance au sein du fil moléculaire, susceptibles de moduler la conductance. La résonance se produit lorsque plusieurs structures de Lewis équivalentes peuvent être dessinées pour une molécule. Ces structures de résonance contribuent à la structure électronique globale du fil, influençant la répartition des charges et les niveaux d'énergie. Certaines séquences de monomères peuvent stabiliser des structures de résonance particulières, conduisant à une conductance améliorée ou diminuée.
Bande interdite et écart HOMO-LUMO :
La bande interdite, ou la différence d'énergie entre l'orbitale moléculaire occupée la plus élevée (HOMO) et l'orbitale moléculaire inoccupée la plus basse (LUMO), détermine la facilité avec laquelle les électrons peuvent se déplacer à travers le fil moléculaire. Un écart HOMO-LUMO plus petit indique une barrière énergétique plus faible pour le transport des électrons, ce qui entraîne une conductance plus élevée. La séquence de monomères peut modifier les niveaux d'énergie du HOMO et du LUMO, affectant directement la bande interdite et, par conséquent, la conductance.
Rigidité structurelle et effets conformationnels :
La séquence de monomères peut influencer la rigidité ou la flexibilité globale du fil moléculaire. Les squelettes moléculaires rigides facilitent un meilleur transport de charges grâce à des changements conformationnels réduits et à un chevauchement orbital amélioré. D’un autre côté, les fils flexibles peuvent subir des changements de conformation qui perturbent le chevauchement efficace des orbitales π, entraînant une conductance plus faible.
Interactions inter-monomère :
Les interactions spécifiques entre monomères adjacents peuvent affecter la conductance du fil moléculaire. Les interactions telles que les liaisons hydrogène, les forces électrostatiques ou les obstacles stériques peuvent modifier la géométrie moléculaire, la distribution des charges et la conjugaison au sein du fil. Ces interactions peuvent augmenter ou diminuer la conductance en fonction de leur nature et de leur force.
Dopage et fonctionnalisation :
Le dopage, ou l'introduction intentionnelle d'atomes ou de groupes fonctionnels spécifiques dans la séquence monomère, peut modifier considérablement la conductance des fils moléculaires. Le dopage peut altérer la concentration des porteurs de charge, modifier les niveaux d'énergie ou introduire des voies de conjugaison supplémentaires dans le fil, influençant ainsi sa conductivité globale.
En résumé, la séquence des monomères dans les fils moléculaires joue un rôle crucial dans la détermination de la conductance de ces dispositifs à l'échelle nanométrique. Des facteurs tels que la conjugaison, les effets de résonance, la bande interdite, la rigidité structurelle, les interactions inter-monomère et le dopage peuvent être adaptés grâce à une sélection et un agencement minutieux des monomères pour obtenir les propriétés électriques souhaitées dans les applications d'électronique moléculaire.
