Croissance par voie chimique et propriétés de transport électronique de nanofils d'or

par Anais Loubat

Thèse de doctorat en Nanophysique

Sous la direction de Bertrand Raquet et de Lise-Marie Lacroix.

Soutenue le 31-03-2014

à Toulouse, INSA , dans le cadre de École Doctorale Sciences de la Matière (Toulouse) , en partenariat avec Laboratoire de physique et chimie de nano objets (Toulouse) (laboratoire) .

Le président du jury était Nancy Lauth de Viguerie.

Le jury était composé de Bertrand Raquet, Lise-Marie Lacroix, Marianne Imperor-Clerc.

Les rapporteurs étaient Fabienne Testard, Michel Viret.


  • Résumé

    Les nanofils d’or ultrafins sont des objets fascinants présentant une morphologie quasi 1D, leur diamètre n’excédant par 2 nm pour une longueur micrométrique. Les quelques 30 atomes qui composent la section de ses fils sont principalement des atomes de surface, permettant d’envisager des applications de type capteurs. De plus, l’anisotropie de forme unique pourrait permettre un confinement électronique unidimensionnel, menant à de nouvelles propriétés physiques. Nous avons réalisé une étude fondamentale de la synthèse et réaliser une première étude de transport sur une assemblée de nanofils.La première partie du manuscrit, divisée en quatre chapitres, consiste en l’étude du mécanisme de croissance de ces nanofils ultrafins. Suite à une analyse détaillée des modèles proposés, nous introduisons la technique de diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS) utilisée pour nos études mécanistiques. Le chapitre 3 est consacré à l’étude de la synthèse de nanofils en milieu confiné. Contrairement aux postulats précédents, un suivi cinétique in-situ par SAXS nous a permis de montrer que la phase lamellaire n’intervenait pas dans la croissance des objets, voir même qu’elle était détrimentaire à leur formation. Le dernier chapitre présente la synthèse en milieu isotrope. Un mécanisme de croissance efficace où les sphères jouent le rôle de germe est avancé. L’auto-organisation des fils en solution suivant une phase hexagonale appuie l’hypothèse d’une stabilisation des fils par une double couche d’oleylamine et de chlorure d’ammonium. Un mécanisme de croissance analogue aux mécanismes proposés pour les bâtonnets d’or dans l’eau est donc proposé.La deuxième partie du manuscrit, divisée en trois chapitres, consiste en une caractérisation des propriétés de transport électronique dans ces nanofils d’or ultrafins. Nous dressons, dans un premier temps, un bilan des différents régimes de transport observés au sein de nano-objets de basse dimensionnalité. Suite aux étapes indispensables de dépôt et de connexion, le troisième chapitre présente les premières mesures de transport effectuées sur des assemblées de nanofils d’or faiblement couplées. Nous mettons ainsi en évidence, grâce à une étude sur une large gamme de températures et de tensions de polarisation, un transport de charge coopératif dans le cadre d’un régime de blocage de Coulomb.

  • Titre traduit

    Chemical growth and electronic transport properties of gold nanowires


  • Résumé

    Ultra-narrow gold nanowires are captivating objects with a quasi-1D morphology, with a diameter lower than 2 nm and a micrometric length. The few 30 atoms which compose the wire section are mainly surface atoms, allowing to consider applications such as sensors. Moreover, the unique anisotropic shape may permit a one-dimensional electronic confinement, leading to new physical properties. We conducted a fundamental study of the synthesis and a preliminary transport study on an assembly of nanowires.The first part of the manuscript, divided into four chapters, consist of the growth mechanism study of these ultra-narrow gold nanowires. Further to a detail analysis of the proposed models, we present the small angle X-rays scattering (SAXS) technique used for our mechanistic studies. The third chapter deals with the study of the nanowires synthesis in a confined environment. Unlike the previous postulates, a in-situ kinetic monitoring by SAXS allow us to point out that the lamellar phase was not involved in the objects’ growth, even more that it was detrimental for their formation. The last chapter presents the synthesis in an isotropic system. An efficient growth mechanism where the spheres act as seeds is advanced. The wires’ self-assembly in solution in a hexagonal super-lattice supports the hypothesis of wire stabilization by a bilayer of oleylamine and oleylammonium chloride. Therefore, a growth mechanism similar to the one proposed in the case of gold nanorods in water is proposed.The second part of the manuscript, divided into three chapters, consist in a characterization of the electronic transport properties in these ultra-narrow gold nanowires. At first, we report on the different types of transport observed low-dimensionality nano-objects. Further to the necessary deposit and connection steps, the third chapter presents the first transport measurements performed weakly coupled assemblies of gold nanowires. We highlight, through a study on a wide range of temperatures and bias voltages, a cooperative charges transport through a Coulomb blockade regime.


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Informations

  • Sous le titre : Croissance par voie chimique et propriétés de transport électronique de nanofils d'or
  • Détails : 1 vol. (188 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p.179-186
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