Etude des propriétés électroniques de molécules organiques au sein d'une jonction métal-molécule-métal

par Mathieu Lambert

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Patrice Hesto.

Soutenue en 2003

à Paris 11, Orsay .


  • Résumé

    Cette these decrit les travaux realises sur le transport electrique dans des molecules organiques inserees au sein d'une jonction planaire de dimension nanometrique. Dans un premier temps, on a mis au point une methode de fabrication (combinant lithographie optique et electronique) de nanofils d'or de dimensions 50x400 nm2 sur une epaisseur de 15 nm. Sous l'effet du passage d'un courant d'intensite croissante, ces nanofils "claquent" (de la meme maniere qu'un fusible) pour donner des " gaps " de l'ordre du nanometre. Des mesures electriques, realisees a froid (4 k), ont permis de mettre en evidence un transport electronique de type tunnel a travers les jonctions et d'obtenir les caracteristiques moyennes de la barriere energetique supposee rectangulaire: 1. 5 nm de largeur et 2. 5 ev de hauteur. Dans un deuxieme temps, des molecules et des nanoparticules ont ete inserees dans l'espace ainsi genere. On a ainsi pu mettre en evidence le phenomene de blocage de coulomb en presence de nanoparticules, et une conduction de type tunnel sequentiel a travers les niveaux d'energie discrets d'une molecule. On a enfin obtenu une jonction a base de molecules et de nanoparticules pour laquelle une modulation de grille periodique est observee.


  • Résumé

    This ph-d thesis is about electronic transport through organic molecules inserted in a metal-molecule-metal junction. We describe first a simple process to prepare sub-3 nm gaps by controllable breakage (under an electrical stress) of gold wires lithographed on a sio2/si substrate at low temperature (4. 2 k). We show that the involved mechanism is thermally assisted electromigration. We observe that current-voltage (i-v) characteristics of resulting electrodes are stable up to ~5 v, which gives access to the well-known fowler-nordheim regime in the i-v, allowing an accurate characterisation of the gap size. The average gap is found to be between 1. 5 nm in width and 2. 5 ev in height. Molecules and nanoparticules have then been inserted in the junction. In the case of nanoparticules for example, the resulting i-v clearly shows the suppression of electrical current at low bias, known as coulomb blockade, characteristic of single-electron tunnelling through nanometer-sized structures. Finally we fabricated a single-electron tunneling device based on au nanoparticles connected to the electrodes via terthiophene (t3) molecule. We use the silicon substrate, separated from the planar structure by a silicon oxide of 200 nm, as an electrostatic gate and observed clear current modulation with possible signature of the transport properties of the terthiophene molecules.

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Informations

  • Détails : IV-155 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. en fin de chapitres.

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : M/Wg ORSA(2003)139
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