Presentation

Face au besoin croissant de stockage, les recherches sur les technologies émergentes pour l’électronique de demain sont cruciales. Dans ce contexte, l’Electronique Moléculaire est un domaine en pleine croissance et concerne l’étude des propriétés de transport de charge, de spin, de chaleur à travers des systèmes dont les unités de base sont des molécules individuelles ou leurs assemblages jusqu’à la couche d’épaisseur nanométrique. De nombreuses questions fondamentales et appliquées se
posent et sont toujours d’actualité dans ce domaine: comment un courant électronique traverse-t-il une molécule ou un matériau organique ? Est-ce qu’une molécule peut reproduire le comportement d’un composant microélectronique standard ou même apporter de nouvelles fonctionnalités ? Comment peut-on incorporer/connecter une molécule unique dans un dispositif ? Comment interconnecter des composants moléculaires et les intégrer dans des architectures complexes ? D’autre part les domaines d’application de l’Electronique Moléculaire n’ont pas cessé de se diversifier avec l’utilisation des molécules pour la spintronique, l’optique ou encore pour la conversion d’énergie) Toutes ces questions fondamentales posées à partir des années 1970, avec quelques éléments de réponses à partir des années 2000 grâce aux premières mesures expérimentales, suscitent un important renouveau d’intérêt ces dernières années du fait de plusieurs facteurs concomitants :

• L’évolution des techniques expérimentales : Les mesures de transport et de caractérisation de dispositifs moléculaires ont bénéficié de l’évolution des techniques : mesures de microscopie à sondes locales pour la caractérisation électronique et morphologique à l’échelle du nanomètre et la manipulation des molécules uniques, magnétorésistance par STM en ultra-vide, à
  basse température et sous champ magnétique, développement des techniques de lithographie dans les jonctions à plus grande échelle, ce qui a permis d’accroitre considérablement la précision, la reproductibilité et la fiabilité des résultats obtenus.
• La synthèse de nouveaux matériaux : Les méthodes de synthèse chimique permettent d’accéder à des structures moléculaires toujours plus complexes et mieux contrôlées, afin de tester le rôle spécifique de fonctionnalités moléculaires en termes de dopage  électronique ou de localisation des niveaux donneurs ou accepteurs d’électrons par exemple. De nouveaux systèmes moléculaires aux propriétés électroniques remarquables ont été démontrés, tels que les aimants moléculaires ou les polyoxométallates, les complexes inorganiques à base de porphyrines ou de polypyridines qui ouvrent des perspectives prometteuses dans le domaine. Il est également possible désormais de coupler les molécules à différents types d’électrodes (matériaux 2D) afin de tester différents régimes de couplages moléculaires. L’émergence des matériaux bidimensionnels tel que
  le graphène ou les dichalcogénures de métaux de transition par exemple constitue une source nouvelle d’électrodes aux propriétés électronique diverses et contrôlables pour connecter les molécules, stimulant la création de nouvelles architectures pour la nanoélectronique. De plus, le couplage molécule/matériau 2D peut générer des nouvelles structures hybrides aux propriétés (transport de charge, spin, chaleur) complètement bouleversées.
• La modélisation théorique : Les progrès réalisés en termes de modélisation des structures électroniques et de calcul de transport électronique dans les dispositifs moléculaires apportent un support considérable à l’interprétation des résultats expérimentaux, ainsi qu’à la prédiction de nouveaux comportements électroniques. Pour les systèmes à molécule unique, les méthodes NEGF (fonctions de Green hors-équilibre) sur la base de méthodes ab initio comme la DFT (Théorie de la Fonctionnelle de la Densité), permettent d’extraire des paramètres spécifiques des systèmes moléculaires tels que leur structure électronique et leur densité d’états et de déterminer les propriétés physiques telles que la conductance et le courant électronique en bon accord avec l’expérience. De même les méthodes de calcul de réponse optique (GW, TD-DFT, …) donnent accès au courant dans une jonction moléculaire sous irradiation lumineuse.
• Des nouvelles perspectives d’applications de ces matériaux dans des domaines d’actualité : les mémoires moléculaires, la spintronique moléculaire en contrôlant le transport du spin dans ces systèmes moléculaires, ou encore le domaine des technologies quantiques.