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Un britannique participe a la mise au point du premier transistor a molecule unique

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La miniaturisation d’un dispositif electronique permet de reduire le temps
necessaire a un electron pour le traverser : on obtient ainsi un dispositif
operable a de plus hautes frequences et occupant moins de place. Toutefois,
on sait que la miniaturisation de la microelectronique actuelle a base de
silicium finira par buter sur des limites physiques car les courants
traversant les transistors sont eleves et peuvent engendrer une surchauffe.
L’electronique moleculaire est serieusement envisagee comme alternative a
l’electronique « conventionnelle » a base de silicium. Dans sa forme la plus
simple, une jonction moleculaire est composee d’une molecule unique prise en
sandwich entre deux electrodes. La difficulte de cette jonction moleculaire
reside dans le fait que, si la molecule consiste en une serie d’etats
discrets contenus dans une entite finie, les electrodes sont une structure
macroscopique contenant une collection d’etats tres dense. De ce fait, la
comprehension de l’influence de l’environnement electrostatique de la
molecule sur les processus de transport electronique reste un probleme
delicat. Dans les cas les plus typiques de jonction moleculaire
metal-molecule-metal, un degre de complexite additionnel provient du
desordre geometrique inherent aux liaisons de coordination metal-molecule.
Les changements geometriques peuvent fortement influencer le transport de
charges a travers ces jonctions et donner naissance aux phenomenes de
commutation intempestifs souvent observes dans ces structures. Une facon
d’eviter cette incertitude geometrique serait d’utiliser des jonctions
molecule-semiconducteur (particulierement le silicium) ou l’interface
electrode-molecule est fournie par une liaison covalente entre deux atomes.
Cette liaison peut etre creee de plusieurs facons, mais une des plus
directes consiste a relier un radical libre situe a une extremite de la
molecule a une liaison « pendante » disponible a la surface de l’electrode de
silicium. Cette liaison « pendante » peut etre obtenue en arrachant un des
atomes d’hydrogene lies aux atomes de silicium de la surface de l’electrode
passivee : la rupture de cette liaison laisse derriere elle un electron
« pendant » non apparie. Des scientifiques canadiens de l’universite de
l’Alberta et de l’Institut National de Nanotechnologie, tous deux situes a
Edmonton, en collaboration avec le Dr Werner Hofer, un theoricien du Centre
de Recherche sur la Science Science La science est désormais l’affaire de tous. Découvrez la science d’une manière ludique et active. Nous vous proposons d’en découvrir plus sur nos expéditions à la voile, découverte du plancton. des Surfaces de l’universite de Liverpool, ont
concu et teste un transistor suivant ce principe. L’equipe de chercheurs a
joue de deux proprietes des surfaces de silicium : d’une part, la
polymerisation des molecules choisies, dans ce cas des molecules organiques
derivees du styrene, s’interrompt avant un site de liaison « pendante » et,
d’autre part, ce site peut lui-meme devenir plus ou moins charge suivant le
niveau de dopage du silicium. Les travaux de cette equipe ont deux volets :
d’un cote une etude par microscope a effet tunnel des charges effectives
creees le long de la chaine de polymere par un site de liaison « pendante »
donne et, d’un autre cote, la modelisation theorique des orbitales
moleculaires. C’est a cette partie que s’est consacre Werner Hofer. Grace a
la microscopie a effet tunnel, les scientifiques ont observe que lorsque le
site de la liaison « pendante » est charge, et cette charge peut varier avec
le niveau de dopage du silicium, les molecules accrochees sur la surface de
silicium semblent ressortir d’autant plus qu’elles sont proches de cette
liaison « pendante ». L’equipe interprete ces observations comme l’effet d’une
charge electrostatique locale sur le transport de charge dans le fil
polymerique. Cette interpretation est corroboree par les calculs qui
montrent que des changements dans les etats orbitaux de la molecule sont
causes par le site charge de la liaison « pendante ». En outre, le seuil de
declenchement de la conduction moleculaire se deplace en fonction de l’etat
de charge de l’atome de surface de silicium ou en fonction de la relation
spatiale entre la molecule et ce centre charge. La molecule peut donc etre
« synchronisee » et ainsi conduire le courant electrique d’une electrode a
l’autre. Comme les changements observes dans la conduction sont importants,
ces effets sont aisement observes a temperature ambiante. Ce resultat
constitue donc une preuve directe que des charges localisees peuvent
affecter profondement le transport de charge dans des structures formees de
molecules uniques sur des surfaces de silicium et a temperature ambiante.

Sources : Nature, vol 435, 2 juin 2005, p.658-661 et p.575-577 ; Universite
de Liverpool, 7/06/05, http://www.liv.ac.uk ; Institut National de
Nanotechnologie, Conseil National des Recherches Canada, 1/06/05,
nint-innt.nrc-cnrc.gc.ca/newsroom/article13_f.html/ ; Universite de
Liverpool, svr.ssci.liv.ac.uk/ whofer/
Redacteur : Dr Anne Prost

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