Schéma (en haut) d'une molécule qui a été attachée à deux électrodes en or (jaune sur la figure). Image en microscopie électronique (ci-dessous) d'une jonction de rupture. La bande de métal doré est cassée au milieu; dans l'ouverture créée une molécule est placée sur laquelle des mesures peuvent être effectuées.
Le transport d'électrons à travers une seule molécule offre une nouvelle technologie très prometteuse pour la production de puces électroniques. Cependant, il est difficile d'établir une bonne connexion conductrice entre la molécule et les contacts métalliques. Chercheurs de la Fondation FOM, L'université de technologie de Delft et l'université de Leiden ont découvert un effet qui joue un rôle majeur à cet égard :les soi-disant « charges d'image » dans les contacts métalliques influencent fortement le transport des électrons à travers la molécule. De ce fait, la conduction moléculaire peut différer de plusieurs ordres de grandeur.
Les chefs de groupe de travail FOM, le professeur Herre van der Zant et le professeur Jan van Ruitenbeek, ont publié ces résultats avec leur équipe en ligne le 17 mars dans la célèbre revue Nature Nanotechnologie .
Electronique moléculaire
Les molécules sont très petites et ne mesurent généralement que quelques nanomètres. Une seule molécule entre deux électrodes pourrait être utilisée comme un capteur très sensible ou un transistor extrêmement petit. Cependant, le problème dans le développement de ces « électroniques moléculaires » est qu'il est difficile d'établir un contact électrique avec une seule molécule. Ces recherches ont permis de mieux comprendre le comportement physique fondamental des molécules individuelles. Cela a conduit à des idées pour utiliser des charges d'image pour réaliser des composants moléculaires électroniques.
Alignement des niveaux d'énergie
Les charges d'image se produisent dans un métal en raison de la proximité de la charge, comme celle sur la molécule unique. Les charges d'image dans le métal influencent à leur tour les niveaux d'énergie de la molécule. On savait déjà que c'est ainsi que les charges d'image jouent un rôle important dans le transport de charges à travers les molécules. Les charges d'image peuvent fortement décaler l'alignement des niveaux d'énergie moléculaire par rapport aux niveaux d'énergie dans le métal. C'est ainsi qu'ils provoquent une conduction accrue ou diminuée. Pour la première fois, les chercheurs ont systématiquement décrit cet effet pour une seule molécule.
La combinaison de l'expertise rend la mesure possible
En combinant leurs domaines d'expertise uniques, des chercheurs de Delft et de Leyde ont développé conjointement une nouvelle technique pour mesurer la conduction moléculaire. La méthode est basée sur la technique de la « jonction à coupure guidée mécaniquement », inventé par Van Ruitenbeek. A Delft, la technique a été étendue en l'incorporant dans un transistor. Cette technique permet de faire varier la distance entre les électrodes et donc la proximité de la molécule, de sorte que la charge d'image peut être influencée. À la suite de cela, les chercheurs ont acquis un contrôle mécanique et électrique unique sur les niveaux d'énergie de la molécule. Cela leur a permis de déterminer expérimentalement et de quantifier le rôle des charges d'image.
