Surfaces et jonctions moléculaires photo-actives : organisations, fonctionnalisations et caractérisations par microscopie à effet tunnel et microscopie à force atomique et pointe conductrice

Photoactive molecular junctions and surfaces : organizations, functionalizations and characterizations by tunneling microscopy and conductive atomic force microscopy

• Auteur / Autrice : Imen Hnid
• Direction : Jean-Christophe Lacroix
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie. Nanosciences, matériaux, surfaces
• Date : Soutenance le 16/03/2021
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Interfaces, Traitements, Organisation et Dynamique des Systèmes (Paris ; 2001-....)
• Jury : Président / Présidente : Anna Proust
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anna Proust, Lionel Patrone, Paolo Samorì, Dominique Vuillaume, Elizabeth Boer-Duchemin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anna Proust, Lionel Patrone

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microscopie à force atomique

Microscopie tunnel à balayage

Photochromisme

Photochromes

Mots clés libres

Surfaces modifiées

Surfaces photo-actives

Photochrome

Photo-commutation

Jonctions moléculaires

STM

C-AFM

Modified surfaces

Photoactive surfaces

Photochromic molecules

Photo-switching

Molecular junctions

STM

C-AFM

Résumé

Ce travail concerne le dépôt sur surface, la visualisation et l’étude des propriétés de transport des systèmes moléculaires incorporant des unités de photochromes. Dans une première partie, nous avons étudié, par microscopie à effet tunnel (STM), l’auto-assemblage et la photo-commutation des deux dérivés photochromes (un dérivé d’azobenzène et un dérivé du diaryléthène (DAE)) à l'interface liquide/solide et à température ambiante. Nous avons observé que diverses structures supramoléculaires peuvent être construites et partiellement contrôlées à l'aide de la reconnaissance moléculaire. De plus, la photo-commutation réversible des azobenzènes et des diaryléthènes à l’échelle d’une seule molécule à l’interface liquide/solide et à température ambiante a pu être mise en évidence, ce qui est rarement observé dans les conditions ambiantes. Ensuite nous avons étudié des jonctions moléculaires (MJ) métal/molécules/métal. Pour cela, nous avons utilisés des surfaces d’or, la réduction des sels de diazoniums pour greffer les molécules avec des épaisseurs contrôlées et une pointe conductrice d’AFM pour compléter les jonctions. Dans un premier temps, nous avons étudié le comportement des MJ incorporant des oligomères de DAE avec deux différentes épaisseurs avant et après des irradiations lumineuses. La jonction formée par DAE3nm a donné un rapport ON/OFF de courant de 2-3, alors que la jonction formée par DAE9nm a donné un rapport ON/OFF de 200-400. Dans un deuxième temps, nous avons étudié le transport dans des jonctions moléculaires bicouches constituées de deux molécules différentes (DAE/BTB)9nm. Des rapports ON/OFF supérieurs à 10 000 ont été obtenus de manière reproductible. Les rapports ont été donc d’avantage améliorés. Cette structure bicouche fournit une façon originale pour fabriquer des systèmes de commutation et atteindre des rapports ON/OFF élevés et rarement observé dans des dispositifs à base de photochromes

This work concerns the surface deposition, visualization and study of the transport properties of molecular systems incorporating photochromic units. First, we studied by the scanning tunneling microscope (STM) the self-assembly and photo-switching of two photochromic molecules (an azobenzene derivative and a diarylethene derivative (DAE)) at the solid/liquid interface and at room temperature. We have observed that the 2D supramolecular structures can be generated and controlled using molecular recognition. In addition, reversible photo-switching of azobenzenes and diarylethenes at the single molecule level and at the solid/liquid interface and at room temperature has been evidenced, which is rarely observed under ambient conditions. Then we studied metal/molecules/metal molecular junctions (MJs). We did this by using gold surfaces, reducing diazonium salts to graft molecules with controlled thicknesses, and an AFM conductive tip to complete the junctions. First, we studied the behavior of MJs incorporating DAE oligomers with two different thicknesses. The junction formed by DAE3nm gave an ON/OFF current ratio of 2-3, while the junction formed by DAE9nm gave an ON/OFF ratio of 200-400. Secondly, we studied transport in bilayer molecular junctions made up of two different molecules (DAE/BTB)9nm. ON/OFF ratios greater than 10 000 have been obtained reproducibly. The ratios were therefore further improved. This bilayer structure provides a novel way to fabricate switching systems and achieve high ON/OFF ratios rarely seen in photochromic based devices