Low temperature scanning tunneling microscopy studies of single molecules adsorbed on thin insulating films

par Carlos Javier Villagomez Ojeda

Thèse de doctorat en Nanophysique

Sous la direction de Tomaso Zambelli.

Soutenue en 2008

à Toulouse, INSA .


  • Résumé

    Des études récentes ont montré qu'il était possible de minimiser ce couplage en interposant entre la molécule et le substrat métallique un film ultra-mince (2 à 3 couches atomiques) suffisamment isolant pour limiter l'interaction molécule-substrat métallique, mais autorisant tout de même le passage d'un faible courant tunnel. Dans ce travail, deux isomères du methylterrylène ont été adsorbés sur une surface constituée d'une bicouche de NaCl déposée sur une surface (111) de cuivre. Le spectre tunnel, qui permet de remonter à la densité d'état en surface présente alors deux résonances de surface très marquées, autour de –2. 4 eV et de +1. 4 eV, par rapport au niveau de Fermi du métal. Ces deux pics sont associés à la formation d'un ion transitoire négatif ou positif. Les images obtenues lorsque la tension de polarisation utilisée pour former l'image STM correspond à ces résonances montrent une grande similarité avec la distribution de probabilité de présence de l'électron dans la HOMO pour les tensions négatives et dans la LUMO pour les tensions positives de la molécule libre. Ce travail expérimental a été appuyé par des calculs d'images STM par la méthode ESQC (Elastic Scattering Quantum Chemistry), qui permettent d'interpréter finement ces résultats

  • Titre traduit

    Etudes par microscopie à effet tunnel de molécules individuelles adsorbées sur des couches minces isolantes supportées sur un métal


  • Résumé

    The present work is concentrated on the study of two isomers of an organic molecule -methylterrylene- adsorbed on a thin insulating _lm (a NaCl bi or tri-layer) deposited on a metallic substrate -Cu(111)-, by Scanning Tunneling Microscopy and Spectroscopy (STM and STS). Most STM studies of adsorbed atoms and molecules up to now have been performed on metallic or semiconducting surfaces. In this situation, the object is strongly electronically coupled to the substrate. The atomic or molecular levels are then shifted and broadened in energy, with the consequence that some of the intrinsic properties of the object are lost, to a more or less large extend. It has been shown recently that interposing between this object and the substrate an insulating leads to an efficient decoupling which allows to recover some of these properties. This decoupling effect of the insulating layer is at the center of the work reported here. Experiments where the molecules are directly adsorbed on the metal are compared with experiments where the molecule is decoupled from the Cu(111) surface by a NaCl bi-layer. The interpretation of these experimental results is supported and extended by current and image calculations with the Elastic Scattering Quantum Chemistry method where the structure of the Metal-insulating layer-molecule-metal junction is described at the atomic level. In the framework of molecular electronics, where the objective is to design and use molecules as electronic devices, understanding and controlling the coupling of a molecule to its environment is a central issue.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (120 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 120

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  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées. Bibliothèque centrale.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2008/939/VIL
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