Une étude expérimentale de l'Université Monash a fabriqué un auto-assemblé, nanofilm à base de carbone où l'état de charge (c'est-à-dire, électroniquement neutre ou positif) peut être contrôlé au niveau de molécules individuelles, sur une échelle de longueur d'environ un nanomètre.

Le nanofilm atomiquement mince se compose d'un réseau ordonné de molécules bidimensionnelles (2D) qui se comportent comme des entités "zéro dimensionnelles" appelées points quantiques (QD).

Ce système a des implications intéressantes pour des domaines tels que la mémoire informatique, dispositifs électroluminescents et informatique quantique.

L'étude de l'École de physique et d'astronomie montre qu'un seul composant, un réseau 2-D auto-assemblé de la molécule organique (à base de carbone) dicyanoanthracène peut être synthétisé sur un métal, de telle sorte que l'état de charge de chaque molécule puisse être contrôlé individuellement via un champ électrique appliqué.

"Cette découverte permettrait la fabrication de matrices 2D de points quantiques adressables individuellement (commutables) de bas en haut, par auto-assemblage, dit l'auteur principal Dhaneesh Kumar.

"Nous serions capables d'atteindre des densités des dizaines de fois supérieures à l'état de l'art, systèmes inorganiques synthétisés de haut en bas.

Points quantiques :minuscules, des centrales "zéro dimensionnelles"

Les points quantiques sont extrêmement petits - environ un nanomètre de diamètre (c'est-à-dire, un millionième de millimètre).

Parce que leur taille est similaire à la longueur d'onde des électrons, leurs propriétés électroniques sont radicalement différentes des matériaux conventionnels.

En points quantiques, le mouvement des électrons est contraint par cette échelle extrêmement petite, résultant en des niveaux d'énergie quantique électroniques discrets.

Effectivement, ils se comportent comme des objets "zéro-dimensionnels" (0D), où le degré d'occupation (plein ou vide) de leurs états électroniques quantifiés détermine la charge (dans cette étude, neutre ou négatif) de la boîte quantique.

Des matrices ordonnées de points quantiques à charge contrôlable peuvent trouver une application dans la mémoire informatique ainsi que dans les dispositifs électroluminescents (par exemple, TV basse consommation ou écrans de smartphone).

Les réseaux de points quantiques sont synthétisés de manière conventionnelle à partir de matériaux inorganiques via des approches de fabrication descendantes. Cependant, en utilisant de telles approches « top-down », il peut être difficile de réaliser des réseaux avec de grandes densités et une grande homogénéité (en termes de taille et d'espacement des points quantiques).

En raison de leur accordabilité et de leur capacité d'auto-assemblage, l'utilisation de molécules organiques (à base de carbone) comme blocs de construction de taille nanométrique peut être particulièrement utile pour la fabrication de nanomatériaux fonctionnels, en particulier des ensembles évolutifs bien définis de points quantiques.

L'étude

Les chercheurs ont synthétisé un ensemble homogène, monocomposant, tableau 2-D auto-assemblé de la molécule organique dicyanoanthracène (DCA) sur une surface métallique.

L'étude a été dirigée par la Faculté des sciences de l'Université Monash, avec le soutien théorique de la Faculté d'ingénierie de Monash.

Ces propriétés structurelles et électroniques à l'échelle atomique de ce réseau nanométrique ont été étudiées expérimentalement par microscopie à effet tunnel à basse température (STM) et microscopie à force atomique (AFM) (École de physique et d'astronomie, sous la direction du Dr Agustin Schiffrin). Des études théoriques utilisant la théorie de la fonctionnelle de la densité ont soutenu les résultats expérimentaux (Département de science et d'ingénierie des matériaux, sous la direction du Pr Nikhil Medhekar).

Les chercheurs ont découvert que la charge des molécules DCA individuelles dans le réseau 2-D auto-assemblé peut être contrôlée (passée de neutre à négative et vice versa) par un champ électrique appliqué. Ce contrôle du champ électrique à l'état de charge est rendu possible par une barrière tunnel efficace entre la molécule et la surface (résultant d'interactions métal-adsorbat limitées) et une affinité électronique significative pour le DCA.

Subtil, Des variations dépendantes du site de la géométrie d'adsorption moléculaire se sont avérées donner lieu à des variations significatives de la susceptibilité à la charge induite par un champ électrique.

"Contrôle du champ électrique de l'état de charge moléculaire dans un nanoréseau organique 2-D à un seul composant" a été publié dans ACS Nano .