rapport d'activités 2003-2008 - RQMP

Conception d’un dispositif unimoléculaire :
principes et perspectives
Chercheurs : Peter Grütter et Hong Guo
Collaborateurs : R. Hoffmann (U. Karlsruhe); R. Möller (U. Duisburg-Essen); E. Shoubridge (Institut neurologique de Montréal); M. Elliott (U. Cardiff);
M. Jericho (U. Dalhousie)
Étudiants : S. Burke, S. Fostner, J. Topple et J. Mativetsky (diplômé en 2006)
Contact : Peter Grütter; grutter@physics.mcgill.ca; www.physics.mcgill.ca/spm
Une compréhension approfondie des mécanismes de transport électronique à travers chaque
molécule est essentielle au développement de l’électronique moléculaire. Seules des structures
définies à l’échelle atomique, qui tiennent compte des effets de l’environnement, nous permettront de
valider et de développer des modèles théoriques représentatifs. Notre but est de synthétiser de telles
structures, de géométrie planaire, et de les caractériser par microscopie AFM à haute résolution.
52 | RQMP | projets | Électronique et photonique des matériaux nanostructurés
En électronique moléculaire, chaque molécule constitue un
composant actif du dispositif, dont les propriétés finales
dépendent aussi largement de la nature de l’environnement et
des électrodes. Cette sensibilité à l’environnement nous oblige
à connaître précisément la structure atomique des dispositifs,
incluant celles du substrat et des électrodes, pour évaluer l’efficacité
du transport et déduire des modèles théoriques fiables.
L’objectif de ce projet est de fabriquer et de caractériser un tel
dispositif unimoléculaire, qui nous permettra d’approfondir nos
connaissances des mécanismes du transport moléculaire.
Notre approche est de synthétiser et d’étudier un dispositif
planaire, qui puisse être caractérisé par microscopie à
balayage, et ce, en milieu ultra propre et sous ultra-haut vide
(UHV). Le dispositif sera déposé sur un isolant pour éliminer
les pertes de courant à l’intérieur du substrat. Un tel projet
exige une excellente connaissance des processus fondamentaux
de croissance et des interactions entre molécules et entre
métaux et isolants.
L’utilisation de la technique de microscopie à force atomique
sans contact (nc-AFM) nous a permis de déterminer la structure
moléculaire de dépôts organiques sur des halogénures
alcalins et d’en préciser les mécanismes de croissance. La
croissance sera contrôlée par des gabarits sur la surface : des
nanotrous de la profondeur d’un seul atome serviront à piéger
les molécules ou encore à implanter un métal destiné à initier
la croissance par nucléation. En combinant ces techniques,
nous pouvons envisager la synthèse de dispositifs nanométriques
où les amas métalliques agiraient comme contacts avec
le support d’échantillon.
Nous développons présentement un masque pour créer de
tels contacts. En étudiant la croissance de plusieurs métaux,
nous déterminons les meilleures combinaisons métalliques
pour fabriquer ces électrodes. Ceux-ci sont synthétisés en
plusieurs étapes de masquage ultrafin, par dépôt à travers
des masques de silicium fabriqués dans les installations
« Nanotools » de l’Université McGill et comportant des caractéristiques
créées par Faisceau d’ions focalisés (FIB) à l’Université
de Sherbrooke.
Un défi de taille : image SEM in situ d’électrodes submicroniques et de la pointe
de l’AFM; image AFM d’un fils de Ta; nanostructure moléculaire à architecture
atomique définie, avec contacts métalliques.
Disposant d’une meilleure connaissance des étapes de l’élaboration
d’un dispositif moléculaire planaire sur un isolant, nous
recherchons maintenant à mieux diriger la croissance moléculaire
en modulant les interactions, et à améliorer l’efficacité de
nos électrodes métalliques. Des trous à l’échelle d’une seule
molécule seront créés par électromigration et caractérisés
par nc-AFM à haute résolution afin d’intégrer des électrodes
métalliques multiéchelle avec des méthodes d’impression.
Enfin, nous envisageons utiliser la pointe de l’AFM pour affiner
les structures auto-assemblées.
Références
• “C 60 on alkali halides: Epitaxy and morphology studied by noncontact AFM”,
S.A. Burke, J.M. Mativetsky, S. Fostner et P. Grütter,
Phys. Rev. B 76, 035419 (2007).
• “Templated growth of 3,4,9,10-perylenetetracarboxylic dianhydride molecules
on a nanostructured insulator”,
J.M. Mativetsky, S.A. Burke, S. Fostner et P. Grutter,
Nanotechnology 18, 105303 (2007).
• “Nanoscale Pits as Templates for Building a Molecular Device”,
J.M. Mativetsky, S.A. Burke, S. Fostner and P. Grutter,
Small 3, 818 (2007).
• “Nucleation and Submonolayer Growth of C 60 on KBr”, S.A. Burke, J.M. Mativetsky,
R. Hoffmann et P. Grütter,
Phys. Rev. Lett. 94, 096102 (2005).