Posté par Redbran le Jeudi 12/05/2022 à 13:00

De nouveaux transistors moléculaires multifonctionnels modulables

Dans le cadre d’une collaboration internationale*, des scientifiques de l’Institut des sciences chimiques de Rennes (CNRS/ENSCR/Université Rennes 1) viennent de mettre au point de nouvelles jonctions moléculaires, éléments de base des transistors permettant le transport du courant à l’échelle de la molécule, associant plusieurs fonctions photo-modulables. Ces travaux, publiés dans le J. Am. Chem. Soc. et la revue Nature Communications, ouvrent la voie vers de nouveaux circuits électriques fonctionnels ultra-miniaturisés à haute performance.

© Stéphane Rigaut

Dépasser les limites des transistors conventionnels à base de silicium, composants de base des ordinateurs, est un des objectifs de l’électronique moléculaire qui pourrait, à terme, miniaturiser les dispositifs électroniques et les nanocircuits à l’échelle de la molécule. Pour cela, le chimiste doit être capable de concevoir des molécules pouvant jouer le rôle de diode rectificatrices pouvant contrôler le sens du passage du courant, ou être insérées dans un transistor à effet de champ, en jouant le rôle de résistance variable commandée par une tension extérieure. Hélas, les jonctions moléculaires qui présentent ces fonctions restent encore extrêmement difficiles à réaliser.

Dans le cadre d’une collaboration internationale*, des scientifiques de l’Institut des sciences chimiques de Rennes (CNRS/ENSCR/Université Rennes 1) ont découvert une molécule organométallique dont les caractéristiques pourraient bien révolutionner la nanoélectronique. La jonction moléculaire qu’ils proposent résulte de l’assemblage d’une molécule photo-commutable à base de ruthénium à une unité photochrome diaryléthène dont on peut moduler la conduction électrique par simple action de la lumière. Son originalité ? Bien que symétrique, elle permet à la fois de contrôler le sens de passage du courant dans le transistor et de moduler son intensité à volonté (jusqu’à deux ordres de grandeur) par application d’un champ électrique (effet de champ). Et il est également possible d’activer ou désactiver ces propriétés par simple photo-isomérisation** de l’unité photochrome qui induit une modification structurale de la molécule et ainsi de la symétrie à l’origine de ce comportement.

Mieux encore, les équipes sont parvenues à introduire cette jonction dans un transistor solide, sans diélectrique de grille liquide, qui conduit à sa miniaturisation ultime. Dans ce dispositif, ils sont parvenus à moduler l’intensité du courant d’une amplitude allant jusqu’à trois ordres de grandeur, une performance encore jamais atteinte ! Ces résultats font l’objet de publications dans le J. Am. Chem. Soc. et la revue Nature Communications.

Notes:
(*) En collaboration avec des équipes de l’Université de Pékin, de l’Université McGill (Montréal), de l’Université normale de Shanghai, de l’Institut de physique-Académie chinoise des sciences (Beijing), de l’Université Nankai et de l’Université Northwestern.
(**) Modification par la lumière de la structure de la molécule, sans changer sa formule chimique.


© Stéphane Rigaut

© Stéphane Rigaut

Références:
N. Xin, C. Hu, H. Al Sabea, M. Zhang, C. Zhou, L. Meng, C. Jia, Y. Gong, Y. Li, G. Ke, X. He, P. Selvanathan, L. Norel, M. A. Ratner, Z. Liu, S. Xiao, S. Rigaut, H. Guo, X. Guo.
Tunable symmetry-breaking-induced dual functions in stable and photoswitched single-molecule junctions
J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 20811.
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c08997
L. Meng, N. Xin, C. Hu, H. Al Sabea, M. Zhang, H. Jiang, Y. Ji, C. Jia, Z. Yan, Q. Zhang, L. Gu, X. He, P. Selvanathan, L. Norel, S. Rigaut, H. Guo, S. Meng, X. Guo.
Dual-Gated Single-Molecule Field-Effect Transistors beyond Moore’s Law
Nature commun. 2022, 13, 1410.
https://www.nature.com/articles/s41467-022-28999-x

Contacts:
- Stéphane Rigaut - Enseignant-chercheur à l'Institut des sciences chimiques de Rennes - stephane.rigaut at univ-rennes1.fr
- Lucie Norel - Enseignante-chercheuse à l'Institut des sciences chimiques de Rennes - lucie.norel at univ-rennes1.fr
- Stéphanie Younès - Responsable Communication - Institut de chimie du CNRS - inc.communication at cnrs.fr
- Anne-Valérie Ruzette - Chargée scientifique pour la communication - Institut de chimie du CNRS - anne-valerie.ruzette at cnrs.fr
- Christophe Cartier dit Moulin - Chercheur à l'Institut parisien de chimie moléculaire & Chargé de mission pour la communication scientifique de l'INC
- inc.communication at cnrs.fr
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