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La première jonction hautement conductrice entre une molécule organique et une électrode de métal vient d'être élaborée par une équipe internationale de physiciens. Ces travaux pourraient conduire au développement de circuits "électroniques moléculaires" plus petits et plus rapides que les transistors et portes logiques conventionnels.
Simulation numérique d'une jonction moléculaire
La plupart des dispositifs électroniques sont réalisés à partir d'une poignée de matériaux semi-conducteurs, le plus commun étant le silicium.
Cependant, certaines molécules organiques telles que l'ADN semblent disposer de propriétés électroniques semblables aux semi-conducteurs traditionnels et des scientifiques pensent que certains types de molécules pourraient être utilisés à la place.
Cependant, il s'avère qu'il est très difficile de connecter une molécule individuelle à une électrode métallique de façon à ce que les électrons circulent facilement entre les deux. Ces jonctions sont essentielles pour réaliser des circuits réels comme des transistors ou des portes logiques.
Une barrière difficilement franchissable
Les tentatives précédentes ont toutes rencontré le problème de franchissement d'une barrière de potentiel significative à travers la jonction. Inévitablement la conductivité est faible et les performances des circuits finis s'en ressentent en conséquence.
Une conductibilité plus élevée serait possible si les électrons pouvaient se déplacer de façon "balistique" car tout électron rentrant se déplacerait plus ou moins directement à travers la jonction. Ceci se produit dans de nombreux dispositifs à base de nanotubes de carbone ou dans des contacts entre atomes individuels, mais n'a jamais été réalisé pour des jonctions molécule unique.
Jan van Ruitenbeek de l'université de Leyde aux Pays Bas en collaboration avec des collègues australiens, allemands et espagnols pourrait avoir résolu ce problème. Dans des expériences consistant à relier des molécules de benzène directement à des électrodes de platine, ces chercheurs ont constaté que la conductibilité atteignait la valeur maximum possible pour un canal unique d'électrons.
Les physiciens ont montré qu'il était possible d'apparier des électrodes de métal, (du platine dans ce cas), "directement" à "l'ossature" de carbone d'une molécule organique (ici le benzène), permettant ainsi aux électrons de se déplacer plus facilement à travers la jonction. En effet, la conductibilité de la jonction atteint alors la valeur de G0, qui est égale à 2e²/h, où e est la charge de l'électron et h est la constante de Planck. C'est la conductibilité maximum possible pour un canal d'électron unique, soit environ 7,7. 10^-5 ohms^-1.
Les chercheurs considèrent le benzène comme un "point de départ" pour le développement de telles jonctions moléculaires et pensent étudier bientôt des composés organiques plus complexes. Le benzène est idéal pour ces premiers travaux parce que c'est un système simple qui peut être facilement étudié en utilisant des techniques comme la spectroscopie vibratoire, la substitution d'isotopes, ou des calculs fonctionnels de densité locale. L'équipe projette également d'étudier des métaux autres que le platine, relativement onéreux, pour généraliser l'emploi de leur technologie
- TechnoS
Simulation numérique d'une jonction moléculaire
La plupart des dispositifs électroniques sont réalisés à partir d'une poignée de matériaux semi-conducteurs, le plus commun étant le silicium.
Cependant, certaines molécules organiques telles que l'ADN semblent disposer de propriétés électroniques semblables aux semi-conducteurs traditionnels et des scientifiques pensent que certains types de molécules pourraient être utilisés à la place.
Cependant, il s'avère qu'il est très difficile de connecter une molécule individuelle à une électrode métallique de façon à ce que les électrons circulent facilement entre les deux. Ces jonctions sont essentielles pour réaliser des circuits réels comme des transistors ou des portes logiques.
Une barrière difficilement franchissable
Les tentatives précédentes ont toutes rencontré le problème de franchissement d'une barrière de potentiel significative à travers la jonction. Inévitablement la conductivité est faible et les performances des circuits finis s'en ressentent en conséquence.
Une conductibilité plus élevée serait possible si les électrons pouvaient se déplacer de façon "balistique" car tout électron rentrant se déplacerait plus ou moins directement à travers la jonction. Ceci se produit dans de nombreux dispositifs à base de nanotubes de carbone ou dans des contacts entre atomes individuels, mais n'a jamais été réalisé pour des jonctions molécule unique.
Jan van Ruitenbeek de l'université de Leyde aux Pays Bas en collaboration avec des collègues australiens, allemands et espagnols pourrait avoir résolu ce problème. Dans des expériences consistant à relier des molécules de benzène directement à des électrodes de platine, ces chercheurs ont constaté que la conductibilité atteignait la valeur maximum possible pour un canal unique d'électrons.
Les physiciens ont montré qu'il était possible d'apparier des électrodes de métal, (du platine dans ce cas), "directement" à "l'ossature" de carbone d'une molécule organique (ici le benzène), permettant ainsi aux électrons de se déplacer plus facilement à travers la jonction. En effet, la conductibilité de la jonction atteint alors la valeur de G0, qui est égale à 2e²/h, où e est la charge de l'électron et h est la constante de Planck. C'est la conductibilité maximum possible pour un canal d'électron unique, soit environ 7,7. 10^-5 ohms^-1.
Les chercheurs considèrent le benzène comme un "point de départ" pour le développement de telles jonctions moléculaires et pensent étudier bientôt des composés organiques plus complexes. Le benzène est idéal pour ces premiers travaux parce que c'est un système simple qui peut être facilement étudié en utilisant des techniques comme la spectroscopie vibratoire, la substitution d'isotopes, ou des calculs fonctionnels de densité locale. L'équipe projette également d'étudier des métaux autres que le platine, relativement onéreux, pour généraliser l'emploi de leur technologie
- TechnoS