Apports du microscope électrochimique à balayage pour la formation et l'étude de contacts atomiques et de jonctions moléculaires

Contributions of the scanning electrochemical microscope for the fabrication and study of atomic contacts and molecular junctions

• Auteur / Autrice : Marion Janin
• Direction : Jean-Christophe Lacroix
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Surfaces, interfaces, matériaux fonctionnels
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Conducteurs organiques

Composés diazonium

Microélectrodes

Électrochimie

Résumé

Ce travail traite de l'utilisation du microscope électrochimique, SECM, pour effectuer de l'électrochimie à l'échelle nanométrique, afin de fabriquer et d'étudier des systèmes stables, à l'échelle moléculaire ou atomique, dont on puisse contrôler les propriétés. Dans un premier temps, nous avons montré la possibilité de modifier des microélectrodes par la réduction de nitrophényl diazonium, qui se sont révélées fonctionnelles pour réaliser des expériences SECM. D'autre part, nous avons utilisé le SECM pour l'étude localisée de films électroactifs, de PANI, de PEDOT et de nanoparticules d'or, sur substrat isolant. Dans un second chapitre, nous avons fabriqué des jonctions de polymère conducteur par SECM. D'après les valeurs de conductance observées, de l'ordre du nS, des ''nano-j onctions'' électrochimiquement commutables et stables de type métal/polymère/oligomères/métal ont été obtenues. Des variantes ont été introduites en modifiant l'interface par greffage de sels de diazonium ou en réduisant la taille de la deuxième électrode d'une dimension millimétrique à micrométrique. Enfin, nous avons fabriqué des contacts atomiques de cuivre par une méthode électrochimique auto-terminée, dans l'eau puis en présence de trois types de tensioactifs. A faible concentration le tensioactif anionique montre une très forte adsorption sur le contact atomique induisant une baisse de la conductance, inférieure au quantum de conductance. Ces expériences ont été adaptées sur le montage SECM, d'abord dans une configuration à deux, puis à quatre électrodes, qui a également permis de fabriquer des contacts atomiques de cuivre stables, présentant l'avantage d'être électrochimiquement commutable.

This work is about the use of SECM for electrochemistry on the nanometer scale, in order to fabricate and study stable systems with controllable properties on the molecular or atomic scale. We first showed the possibility to modify microelectrodes by the reduction of phenyl diazonium salts. These proved to be fitting for SECM usage. We then used the SECM to study electroactive films of PANI, PEDOT and gold nanoparticles deposited on an insulating substrate. In a second chapter, we fabricated conducting polymer junctions via SECM. According to conductance values in nS range, stable nanojunctions which can be switched electrochemically have been obtained. Such behavior has been attributed to the formation of metal/polymer/oligomer/metal junctions, where few oligomers strands control the transport properties. In addition, the nanojunctions have been performed using modified electrode interface, obtained by grafting of diazonium salts. Moreover, the effect of reducing the substrate size from millimeter to micrometer scale in the formation of nanojunctions has been investigated. Lastly, we fabricated copper atomic contacts by a self-terminated electrochemical method, in water and in surfactant media. At low concentration, the anionic surfactant shows a very strong and selective adsorption on the atomic contact, inducing a drop in the conductance of the contact to a value below the conductance quantum. Those experiments have been successfully adapted on the SECM, first on a two-electrode setup, then on a four-electrode setup which would enable to make stable atomic contacts that can be switched electrochemically.