(PhysOrg.com) -- De nouvelles recherches ouvrent la voie à l'auto-assemblage à l'échelle nanométrique de blocs de construction organiques, une nouvelle voie prometteuse vers la prochaine génération d'appareils électroniques ultra-petits.
Les molécules en forme d'anneau avec une symétrie cinq fois inhabituelle se lient fortement à une surface de cuivre, en raison d'un transfert de charge important, mais éprouvent remarquablement peu de difficultés dans la diffusion latérale, et présentent étonnamment peu d'interaction entre les molécules voisines. Cette combinaison inédite de fonctionnalités est idéale pour la création spontanée de films minces stables à haute densité, comportant un pavage de ces tuiles pentagonales organiques, avec des applications potentielles en informatique, l'énergie solaire et les nouvelles technologies d'affichage.
Actuellement, l'électronique commerciale utilise une approche descendante, avec le fraisage ou le décapage de matériaux inorganiques, comme le silicium, pour rendre un appareil plus petit. Depuis de nombreuses années, la puissance de calcul d'une puce informatique d'une taille donnée double tous les dix-huit mois (phénomène connu sous le nom de loi de Moore) mais on s'attend bientôt à une limite de cette croissance. À la fois, l'efficacité du couplage des composants électroniques à la lumière entrante ou sortante (soit dans la production d'électricité à partir du soleil, ou dans la génération de lumière à partir d'électricité dans les écrans plats et l'éclairage) est également fondamentalement limitée par le développement des techniques de fabrication à l'échelle nanométrique.
Les chercheurs sont donc à la recherche de solutions ingénieuses dans la création d'électronique de plus en plus petite. Le domaine des nanotechnologies adopte une approche ascendante pour créer de l'électronique à l'aide de composants organiques naturellement auto-assemblés, tels que les polymères, qui seront capables de former spontanément des dispositifs avec les caractéristiques électroniques ou optiques souhaitées.
Les dernières découvertes proviennent de scientifiques de l'Université de Cambridge et de l'Université Rutgers qui travaillent au développement de nouvelles classes de films minces organiques sur des surfaces. En étudiant les forces fondamentales en jeu dans les couches minces auto-assemblantes, ils développent les connaissances qui leur permettront d'adapter ces films en dispositifs organiques-électroniques à l'échelle moléculaire, créer des composants plus petits qu'il ne serait jamais possible avec les techniques de fabrication conventionnelles.
Dr Holly Hedgeland, du Département de physique de l'Université de Cambridge, l'un des co-auteurs de l'article rapportant la recherche, a déclaré :« Avec l'industrie des semi-conducteurs évaluée actuellement à 249 milliards de dollars par an, il existe une motivation claire pour une compréhension à l'échelle moléculaire des technologies innovantes qui pourraient remplacer celles que nous utilisons aujourd'hui. »
Ce ne sont pas simplement les propriétés électroniques d'une molécule sur une surface qui vont contrôler son potentiel à faire partie d'un appareil, mais aussi s'il se déplacera de lui-même dans la configuration structurelle requise et restera stable dans cette position même si l'appareil chauffe en cours d'utilisation.
Les molécules fortement liées au substrat avec un haut degré de transfert de charge offrent un éventail de nouvelles possibilités, bien que l'on sache actuellement peu de choses sur leur comportement. Un certain nombre de molécules organiques, comportant généralement des anneaux de carbone à travers lesquels la charge électronique peut conduire, démontrer potentiellement les bonnes propriétés électroniques, mais les forces à longue portée qui régiront leur auto-assemblage au cours des premières phases de croissance restent souvent un mystère.
Maintenant, l'équipe interdisciplinaire basée dans les départements de physique et de chimie de l'Université de Cambridge, et le Département de chimie et de biologie chimique de l'Université Rutgers, ont rapporté les premières mesures dynamiques pour une nouvelle classe de film mince organique où les molécules de cyclopentadiényle (C5H5) reçoivent une charge électronique importante de la surface, pourtant diffusent facilement à travers la surface et montrent des interactions les unes avec les autres qui sont beaucoup plus faibles que ce à quoi on s'attendrait généralement pour la quantité de charge transférée.
Hedgeland a expliqué :« En couplant la technique expérimentale d'écho de spin à l'hélium avec des calculs avancés des premiers principes, nous avons pu étudier le comportement dynamique d'une couche de cyclopentienyl sur une surface de cuivre, et en déduire que le transfert de charge entre le métal et la molécule organique se produisait dans un sens contre-intuitif."
Dr Marco Sacchi, du Département de chimie de l'Université de Cambridge, qui a effectué les calculs qui ont aidé à expliquer les nouveaux résultats expérimentaux surprenants, a déclaré que « la clé du comportement unique du cyclopentadiényle réside dans sa symétrie pentagonale (quinntuple), ce qui l'empêche de s'accrocher sur un site quelconque à l'intérieur de la symétrie triangulaire (trois fois) de la surface du cuivre par des liaisons covalentes directionnelles, le laisser libre de se déplacer facilement d'un site à l'autre ; à la fois, sa structure électronique interne n'est qu'à un électron de moins qu'une configuration "aromatique" extrêmement stable, encourageant un degré élevé de transfert de charge à partir de la surface et créant une forte liaison ionique non directionnelle."
Les découvertes des chercheurs, signalé dans Lettres d'examen physique aujourd'hui, vendredi 06 mai, mettre en évidence le potentiel d'une nouvelle catégorie d'adsorbat moléculaire, qui pourraient remplir tous les critères requis pour une application utile.
Hedgeland a conclu:"Le caractère inhabituel du transfert de charge dans ce cas empêche les grandes interactions répulsives entre les molécules adjacentes qui auraient autrement été attendues, et devrait donc permettre la formation de films d'une densité inhabituellement élevée. À la fois, les molécules restent très mobiles et pourtant fortement liées à la surface, avec une grande stabilité thermique. Dans tout, il s'agit d'une combinaison de propriétés physiques qui offre d'énormes avantages potentiels pour le développement de nouvelles classes de films organiques auto-assemblés pertinents pour les applications technologiques."
