Fabrication de jonctions moléculaires plasmoniques

Fabrication of plasmonic molecular junctions

• Auteur / Autrice : Mathieu Bastide
• Direction : Jean-Christophe Lacroix
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie physique
• Date : Soutenance le 16/05/2023
• 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 : Alain Walcarius
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Agnès Maître, Mona Tréguer-Delapierre
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Olivier Pluchery, Renaud Bachelot
• DOI : 10.70675/ed8e15b2z8f83z437cza678z9494dd2c3d29

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nanoparticules

Plasmons

Lithographie par faisceau d'électrons

Composés diazoïques

Électronique moléculaire

Mots clés libres

Surfaces modifiées

Nanomatériaux

Plasmons

EBL

Charges chaudes

Diazonium

Molécules électro-actives

Molécules photo-actives

Électronique moléculaire

Plasmonique moléculaire

Jonctions moléculaires plasmoniques

Modifies surfaces

Nanomaterials

Plasmons

EBL

Hot charges

Diazonium

Electro-active molecules

Photo-actives molecules

Molecular electronics

Molecular plasmonic

Plasmonic molecular junctions

Résumé

Ce travail décrit la fabrication de substrat plasmonique et la fonctionnalisation de ceux-ci afin de réaliser des jonctions moléculaires plasmoniques. Les travaux antérieurs à cette thèse sont d'abord exposés, puis dans une première partie, la fabrication de substrats plasmoniques par lithographie à faisceau d'électron (EBL) a été décrite. Ensuite, l'étude des paramètres influençant la fonctionnalisation de ces substrats par réduction de sels de diazonium induit par plasmon, résultant en une couche organique d'oligo-(BTB), un semi-conducteur organique dopable p, est effectuée. Lorsque le temps de greffage augmente, et/ou la taille des nanoparticules diminue, la couche organique déposée est alors plus épaisse. Si la lumière excitant les plasmons est polarisée, on observe alors que la couche organique est déposée de manière contrôlée suivant la polarisation, permettant de fabriquer, en deux étapes, un substrat de type « grille ». L'ajout d'anisotropie dans les motifs des nanoparticules d'or augmente également la sélectivité du dépôt de la couche organique induit par plasmon. Dans une seconde partie, les dépôts de plusieurs diazoniums formant des couches électro-actives induit par plasmon ont été étudiés, parmi lesquels l'amino diphényle amine (ADPA), formant des couches organiques dopables p, des dérivés de thienopyrazine (TP), de naphtalène diimide (NDI) et de viologène (VIO) permettant de former des couches dopables n et un dérivé de complexe de cobalt (II) aux propriétés ambipolaires a également été étudié. Des réponses apportées au phénomène d'érosion des nanoparticules présent lors du greffage induit par plasmon sont également exposés. Dans une troisième partie, le greffage à partir de molécules aux propriétés optiques a été étudié, séparées en deux catégories : les molécules opto-actives, et les molécules chirales, notamment avec des dérivés du diaryle éthène (DAE) et de bicarbazole (noté Ax de par sa chiralité axial). Enfin, dans une quatrième partie, la réalisation de substrats plasmoniques sur des surfaces isolantes, le dépôt de couches organiques induit par plasmon, et des mesures électriques passant aux travers des jonctions moléculaires plasmoniques ont été étudiés, montrant des résultats encourageant pour ce domaine de recherche combinant la plasmonique moléculaire avec l'électronique moléculaire.

This work describes the fabrication of plasmonic substrates and their functionalization to create plasmonic molecular junctions. The previous works are first reported, and in a first part, the fabrication of plasmonic substrates by E-beam Lithography (EBL) are detailed. Then, the study of the parameters influencing the functionalization of these substrates by plasmon-induced diazonium reduction, leading to the deposition of an organic layer of oligo-(BTB), a p dopable organic semi-conductor, is realized. As the grafting time increases, and/or the nanoparticle size decreases, the deposited organic layer becomes thicker. If the light exciting the plasmons is polarized, we then observe that the organic layer is deposited in a controlled manner, following the light polarization, which allows us to fabricate, in a two step process, a ''grid'' substrate. Adding anisotropy in the design of gold nanoparticles also increases the selectivity of the organic layer deposition of the plasmon-induced grafting. In a second part, the plasmon-induced grafting of diazoniums known to form electro-active layers are studied, among which are the amino diphenyl amine (ADPA), which generates a p-dopable organic layer, derivatives of thienopyrazine (TP), naphthalene diimide (NDI) and viologen (VIO) forming n-dopable organic layers, and a derivative cobalt (II) complex with ambipolar electronic properties are also examined. Answers to the etching phenomenon happening during the plasmon-induced grafting are also exposed. In a third part, the grafting of molecules with interesting optical properties are studied, two types are molecules are investigated-i.e. photo- active and chiral molecules, especially derivatives of diaryl ethene (DAE) and bicarbazole (named Ax due to its axial chirality). Finally in a fourth part, the fabrication of plasmonic substrates onto insulating surfaces, the plasmon-induced deposition of organic layers, and the measurements of current passing though the plasmonic molecular junctions are carried out, showing encouraging results for this scientific field combining molecular plasmonic and molecular electronics.