Transport electronique dans des nanocassures pour la réalisation de transistors à molecule unique

Electronic transport in metallic nanogaps for the realization of molecular transistor

• Auteur / Autrice : Aurore Mangin
• Direction : Philippe Lafarge
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Kondo, Effet

Transistors

Électronique quantique

Nanostructures

Résumé

L'enjeu de l'électronique moléculaire est la connexion de la molécule à un dispositif macroscopique. Le but de cette thèse est d'étudier le transport électronique dans des nanocassures métalliques, structures d'accueil de molécules, puis d'y insérer une molécule pour réaliser un transistor moléculaire. Connaître les propriétés de transport de la structure d'accueil est un point clé pour la fabrication du transistor moléculaire et la compréhension de ses propriétés électroniques. Les nanocassures sont obtenues par électromigration d'un nanofil d'or. Une forte densité de courant entraine le déplacement des atomes d'or et provoque la rupture du nanofil. Le processus d'électromigration contrôlée développé lors de cette thèse est effectué à température ambiante, et permet de limiter les déplacements atomiques afin d'obtenir des coupures de taille nanométrique. L'échantillon est immédiatement refroidi à 4K pour limiter tous processus diffusifs dégradant la nanocassure formée, et il est caractérisé électriquement. L'ajustement des courbes I-V par un modèle tunnel donne les travaux de sortie des électrodes et la distance inter-électrodes, distcince à comparer avec la taille de la molécule. La courbe I-V permet aussi de détecter la présence d'agrégats métalliques piégés entre les électrodes lors de l'électromigration. La dernière étape de la réalisation d'un transistor moléculaire est le dépôt de la molécule. Ce dépôt est effectué in-situ à 4K, sous vide, par sublimation d'une poudre de C60 par effet Joule. Les premiers tests montrent qu'il est possible d'obtenir un tapis de molécules sans dégrader les nanocassures.

The main issue in molecular electronics is Connecting a molecule to a macroscopic device. The goal of this thesis is to study electronic transport in metallic nanogaps, host structures for the molecules and then to insert a molecule to realize a molecular transistor. The knowledge of transport properties of the host structure is a key point for the molecular transistor realization and the understanding of its electronic properties. Nanogaps are obtained by electromigration of a gold nanowire. When a large current density flows through the nanowire, gold atoms start to move, and eventually breaking the nanowire. The controlled electromigration process developed during this thesis is performed at room temperature, and by limiting atomic displacements, one can obtain a nanometric size gap. The sample is then cooled at 4K to limit any diffusion process which could damage the nanogap, and it is electrically characterized. Fitting the I-V curves by a tunneling model allows us to determinate the electrodes work functions and the inter-electrodes distance, distance to be compared to the molecule size. This characterization may also be used to detect the presence of metallic clusters trapped between the electrodes during the electromigration. The last stage of the molecular transistor realization is the insertion of a single molecule in the gap. This is made in-situ at 4K, under vacuum, by sublimation of a C60 powder by Joule effect. The first tests show that it is possible to obtain a laver of molecules without damaging the nanogap.