Les dispositifs électroniques à molécule unique progressent
Les fils moléculaires sont les blocs de construction proposés pour les dispositifs électroniques moléculaires, reliant les différents éléments d'un circuit électrique moléculaire. Relier les extrémités des molécules aux électrodes de sorte que les électrons puissent circuler librement à l'intérieur et à l'extérieur du fil constitue l'un des plus gros problèmes que les chercheurs rencontrent en essayant de créer des contacts électriques fiables et reproductibles. Ancrer les molécules aux électrodes est une façon d'obtenir un bon contact électrique. La stabilité et les propriétés électriques des dispositifs à une seule molécule dépendent du choix approprié des groupes chimiques créant la connexion. Dans le cadre du projet SINGLE-MOLEC-SWITCH (Developing single-molecule switches for applications in nanoscale organic devices), des scientifiques ont signalé la formation de jonctions moléculaires stables avec des groupes de contact qui étaient utilisés pour la première fois (1-alcines). Les résultats ont démontré que les groupes d'alcines sont stables et présentent une forte affinité de liaison à l'or, ouvrant la voie à d'autres études de transport par molécule unique sur des plateformes électroniques semi-conductrices. L'usage de différents types d'électrodes semi-conductrices et de dopages a permis de contrôler le transport de charges à travers les jonctions. Les scientifiques ont introduit un nouveau concept de construction de contacts électriques très efficaces à une seule molécule, en exploitant des complexes de coordination. Au lieu d'employer des méthodes coûteuses et lentes pour modifier des molécules de porphyrine, l'équipe a fonctionnalisé deux électrodes avec des ligands de pyridine qui se sont collés au centre en métal de la porphyrine. Ceci a conduit à une nouvelle configuration plane de molécules de porphyrine, formant des jonctions à une molécule, avec une très longue durée et une conductivité élevée. La manipulation contrôlée de ces molécules uniques est absolument nécessaire pour concevoir des circuits à l'échelle nanoscopique. Les scientifiques ont réussi à synthétiser un type spécifique de photo-commutateurs à base de spiropyranne, connu pour ses propriétés photochromiques. Ce commutateur moléculaire pourrait présenter une position réversible entre sa forme conjuguée et l'état normal, déclenchée par rayonnement lumineux. En outre, il s'agit du premier commutateur à une seule molécule qui bascule entre deux états en étant déclenché par la lumière mais aussi par une combinaison d'autres influences externes. Les scientifiques ont aussi accéléré la réaction des fils moléculaires individuels à l'aide de champs électriques (Nature 2016, 531, 88-91). C'est la première preuve expérimentale de champs électriques catalysant des réactions non redox (sans oxydation) au niveau d'une seule molécule. Les molécules contrôlables formant des contacts électriques fiables constitueront dans un avenir proche les blocs de construction électronique de nouvelle génération, en remplacement des éléments de circuit actuels de taille microscopique. Les minuscules circuits moléculaires réduiront le coût et la taille des dispositifs électroniques, engendrant une technologie révolutionnaire dont profiteront très largement l'environnement et le secteur de la santé. Des dispositifs analytiques pour la détection précoce de substances chimiques dangereuses et de marqueurs biologiques reflétant l'apparition de maladies sont parmi les applications prometteuses de l'électronique moléculaire.
Mots‑clés
Molécule unique, dispositifs électroniques, échelle nanométrique, commutateur moléculaire, SINGLE-MOLEC-SWITCH
