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Posté par Redbran le Lundi 05/02/2018 à 12:00
Comment construire une molécule multi-usages
La manipulation d'un atome et d'une molécule à l'aide d'un microscope à effet tunnel a permis la construction d'un nano-objet dont les propriétés électroniques et mécaniques sont modulables en fonction de la position de l'atome dans la molécule.


Image STM (conductance) de 2.8 nm de côté d'un rotor moléculaire construit en insérant un atome d'or au centre d'une molécule de porphyrine. La structure calculée de la molécule a été superposé à l'image.
© Jérôme Lagoute, MPQ (CNRS/Univ. Paris-Diderot)

L'objectif des nanotechnologies est d'explorer, de comprendre et de contrôler la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La matière occupe de l'espace et...) à l'échelle atomique, afin de concevoir et fabriquer des nano-objets avec différentes fonctionnalités. Ainsi, de nombreuses molécules de plus en plus complexes sont synthétisées pour réaliser une fonctionnalité particulière lorsqu'elles sont déposées sur une surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement confondu avec sa mesure, sa...). Une avancée dans ce domaine vient d'être réalisée en construisant par manipulation atomique à l'aide d'un microscope à effet tunnel (Le microscope à effet tunnel (en anglais STM, Scanning Tunneling Microscope) fut inventé en 1981 par des chercheurs d'IBM, Gerd Binnig et Heinrich Rohrer, qui...) (STM) un système simple dont les propriétés électroniques et mécaniques peuvent être modulées à volonté.

Dans ce travail, des chercheurs du laboratoire Matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) et phénomènes quantiques (CNRS/Univ. Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la...) Diderot) et du Service de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et...) de l'état condensé (CNRS/CEA) ont utilisé une molécule isolée de porphyrine sur une surface d'or. La porphyrine est une molécule qui est constituée de deux types de cycles carbonés (phényles et pyrrols), et d'un macrocycle central porteur de deux atomes d'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.). Par contact physique avec la pointe d'un STM, il est possible de déplacer cette molécule et de la mettre en contact avec des atomes d'or simplement déposés à la surface, donc plus mobiles que ceux de la surface elle-même. Le positionnement (On peut définir le positionnement comme un choix stratégique qui cherche à donner à une offre (produit, marque ou enseigne) une position crédible, différente et attractive au sein d’un marché et dans l’esprit des clients...) d'un atome (Un atome (grec ancien ἄτομος [atomos], « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite...) d'or sous un cycle phényle ou pyrrole de la molécule induit (L'induit est un organe généralement électromagnétique utilisé en électrotechnique chargé de recevoir l'induction de l'inducteur et de la transformer en électricité (générateur) ou en...) alors un transfert de charges de la surface vers la molécule, ce qui conduit à un dopage en électrons de celle-ci.

Une étape supplémentaire de manipulation permet d'amener l'atome d'or au centre de la molécule et d'enlever un atome d'hydrogène pour obtenir une structure capable de tourner sous l'effet du passage d'un courant tunnel (Un tunnel est une galerie souterraine livrant passage à une voie de communication (chemin de fer, canal, route, chemin piétonnier). Sont apparentés aux tunnels par leur mode de construction les grands ouvrages hydrauliques...) généré par le microscope. On obtient ainsi un rotor moléculaire dont l'axe de rotation est l'atome d'or, ce dernier étant tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) à la fois lié à la surface et à la molécule. La structure de ce rotor a été identifiée par comparaison avec des calculs théoriques qui ont en particulier permis de mettre en évidence la déshydrogénation de la molécule (voir Figure).

Enfin, une nouvelle étape de manipulation permet de déshydrogéner complètement (Le complètement ou complètement automatique, ou encore par anglicisme complétion ou autocomplétion, est une fonctionnalité informatique permettant à l'utilisateur de limiter la...) la molécule et conduit à une structure capable de se déplacer sur la surface d'or sous l'effet du champ électrique (Dans le cadre de l'électromagnétisme, le champ électrique est un objet physique qui permet de définir et éventuellement de mesurer en tout point de l'espace l'influence exercée à...) de la pointe STM tel un véritable mobile moléculaire.

Ce travail montre qu'il est possible de moduler volontairement les propriétés électroniques et mécaniques d'un nano-objet simple comme une molécule unique, afin d'en exploiter différentes fonctionnalités mécaniques mais aussi des fonctions électriques (interrupteur, fil), réalisant ainsi un véritable "couteau suisse (Un couteau suisse présente des outils ingénieusement assemblés à un couteau pour tenir dans une poche et répondant à de multiples fonctions.)" moléculaire.

Référence pblication:
Tuning (Le terme tuning se rapporte à la personnalisation d'un véhicule routier (automobile, motocyclette, camionnette) de série. Il se caractérise en général, par l'installation d'accessoires...) the electronic and dynamical properties of a molecule by atom (L'appellation Atom se réfère à deux standards liés.) trapping chemistry
V. D. Pham, V. Repain, C. Chacon, A. Bellec, Y. Girard, S. Rousset, E. Abad, Y. J. Dappe, A. Smogunov et J. Lagoute
ACS Nano (2017), doi:10.1021/acsnano.7b05235

Contact chercheur:
- Jérôme Lagoute, chercheur CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).)
- Yannick Dappe, chercheur CNRS

Informations complémentaires:
- Matériaux et phénomènes quantiques (MPQ, CNRS/Univ. Paris Diderot)
- Service de physique et de l'état condensé (SPEC, CNRS/CEA)

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Source: CNRS INP
 
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