Croissance par réaction de surface de nanostructures organiques : de l'auto-assemblage de phtalocyanines aux réseaux polymérisés

Growth of organic nanostructures through on-surface reactions : from phthalocyanines self-assembly to polymeric phthalocyanines

• Auteur / Autrice : Elena Nardi
• Direction : Mathieu Abel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et sciences de la matière
• Date : Soutenance le 10/11/2015
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Physique et Sciences de la Matière (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : Olivier Siri
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mathieu Abel
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Paolo Samorì, Andrew J. Mayne

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polymères cristallins

Chimie organométallique supramoléculaire

Chimie supramoléculaire

Spintronique

Phtalocyanine de cuivre

Mots clés libres

Auto-assemblage moléculaire

Stm

Synthese en surface

Polymère pi-conjugué

Phtalocyanine

Molecular Self-Assembly

Stm

On-Surface Synthesis

Pi-Conjugated Polymer

Phthalocyanine

Résumé

Le couplage covalent de précurseurs moléculaires spécialement conçus, assisté par une surface métallique, a récemment émergé comme nouvelle voie pour la création de nouvelles architectures moléculaires prometteuses pour l’électronique moléculaire. Les phtalocyanines et leurs dérivés ont attiré beaucoup d’intérêt à cause de leurs propriétés chimiques et optoélectroniques. Dans cette thèse la synthèse de composés de phtalocyanine est présentée. Les composés sont obtenus par une réaction en surface entre précurseurs fonctionnalisés avec quatre groupements carbonitriles et des atomes métalliques. L’étude expérimentale est faite par microscopie à effet tunnel et spectroscopie de photoémission X. Les précurseurs moléculaires de TCN-DBTTF et de PPCN ont été étudiés. Les TCN-DBTTF ont été déposés avec les atomes de Mn, Fe ou Cu sur Ag(111) et Au(111). La réaction de cyclotetramerization a été activée par recuits. Dans le cas le plus favorable (TCN-DBTTF avec Fe sur Ag(111)), la réaction peut être activée à 200°C et permet la synthèse de phtalocyanines individuelles. Un recuit à plus haute température permet de continuer la réaction en 1D (250°C) et en 2D (275°C). Des résultats similaires ont été obtenus pour le dépôt de PPCN avec Mn ou Cu sur Au(111). L’évolution des spectres des niveaux de coeur permet d’obtenir une preuve de la réaction. Les différents facteurs qui influencent la cyclotetramerisation ont été étudiés.L'étude démontre la versatilité de la méthode: la synthèse en surface permet la création de polymères 2D originaux connectés par des macrocycles de phtalocyanine susceptibles d’être étendus à un grand nombre de précurseurs et d’atomes métalliques.

Surface-assisted covalent coupling of suitably designed molecular precursors on metal surfaces has recently emerged as a new route towards the design of novel molecular architectures promising for future applications. Phthalocyanines and their derivatives have been widely studied for their chemical and optoelectronic properties. In this thesis the synthesis of phthalocyanine compounds is presented. The compounds are obtained through an on-surface reaction between tetracarbonitrile-functionalized precursors and metals. The experimental investigation is carried out by means of scanning tunnelling microscopy and X-Ray photoemission spectroscopy. Two molecular precursors, TCN-DBTTF and PPCN, are studied. TCN-DBTTF molecules are deposited with metal atoms (Mn, Fe, or Cu) on Ag(111) and Au(111). Annealing is used to activate the reaction of cyclotetramerization between precursors and metals. In the most favourable case (TCN-DBTTF with Fe on Ag(111)) the reaction can be activated at 200°C and leads to the synthesis of individual phthalocyanines. Increasing the temperature allows the synthesis of polymeric lines, at 250°C, and small 2D domains, at 275°C. Similar results are obtained for PPCN deposition with Mn or Cu on Au(111). In this latter case, the evolution of core level spectra allows a chemical proof of the on-surface reaction. The factors affecting on-surface cyclotetramerization have also been studied. This study demonstrates the versatility of the method: on-surface cyclotetramerization allows creating original 2D polymers connected by phthalocyanine macrocycles, and may work with a wide range of tetracarbonitrile-functionalized precursors and metallic atoms.