Engineering 2D organic nanoarchitectures on Au(111) by self-assembly and on-surface reactions

par David Peyrot

Thèse de doctorat en Nanophysique

Sous la direction de Fabien Silly.

Soutenue le 06-01-2017

à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Ondes et Matière (2015-.... ; Orsay, Essonne) , en partenariat avec Service de physique de l'état condensé (Gif-sur-Yvette, Essonne) (laboratoire) , École polytechnique (Palaiseau, Essonne) (établissement opérateur d'inscription) et de Service de physique de l'état condensé (laboratoire) .

Le président du jury était Andrew J. Mayne.

Le jury était composé de Fabien Silly, Dimitri Roditchev.

Les rapporteurs étaient Jacques Bonvoisin, Jean-Christophe Lacroix.

  • Titre traduit

    Elaboration de nanoarchitectures organiques bidimensionnelles par auto-assemblage et réactions sur surface


  • Résumé

    Ces dernières années ont été marquées par de grandes évolutions technologiques à travers notamment une course à la miniaturisation. De gros efforts de recherche se concentrent en particulier sur le domaine de l’électronique organique mais aussi sur de nouveaux matériaux bidimensionnels comme le graphène. Ces matériaux 2D présentent des propriétés physiques exceptionnelles et sont des candidats prometteurs pour le développement de futurs dispositifs électroniques. Au cours de cette thèse, l’approche ascendante, qui consiste à assembler ensemble des petites briques élémentaires, a été utilisée pour élaborer des nanostructures bidimensionnelles originales sur des surfaces. Des états électroniques localisés dus à un couplage électronique latéral particulier entre les molécules ont été observés. Quatre nanoarchitectures hybrides ioniques-organiques différentes ont été réalisées en faisant varier la température de la surface. Des nanostructures organiques covalentes ont aussi été élaborées par une réaction de couplage d’Ullmann sur la surface. Deux précurseurs différents en forme d’étoile avec des substituants iodés et bromés respectivement, ont été étudiés. De grandes nanostructures carbonées hexagonales poreuses ont notamment été synthétisées en faisant varier la température du substrat. Ces travaux ouvrent de nouvelles perspectives pour la réalisation de matériaux organiques bidimensionnels aux propriétés contrôlées.


  • Résumé

    Over the last few years, important technological developments were made following a trend towards miniaturization. In particular, lots of research efforts are put into the research on organic electronics and on 2D materials like graphene. Such 2D materials show great physical properties and are promising candidates for the development of future electronic devices.In this project, bottom-up approach consisting in assembling elementary building blocks together, was used to engineer novel twodimensional nanostructures on metal surfaces. The properties of these two-dimensional nanostructures were investigated using Scanning Tunneling Microscopy (STM) and X-ray Photoemission Spectroscopy (XPS). Two-dimensional nanostructures based on the self-assembly of organic building blocks stabilized by intermolecular interactions were engineered. In particular, nanostructures stabilized by hydrogen bonds, halogen bonds and ionic-organic interactions were investigated. Localized electronic states due to specific molecular lateral electronic coupling were observed. Four different ionic-organic nanoarchitectures were engineered varying the substrate temperature. Covalent organic nanostructures were also engineered by onsurface Ullmann coupling reaction. Two different star-shaped precursors with iodine and bromine substituents respectively, were investigated. Large periodic porous 2D covalent hexagonal carbon nanostructures weresuccessfully engineered by temperature driven hierarchal Ullmann coupling. These results open new perspectives for the development of 2D organic materials with controlled structures and properties.


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