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 (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus...) du courant à l'échelle de la molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui...), 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.


Dépasser les limites des transistors conventionnels à base de silicium (Le silicium est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Si...), 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 (Un chimiste est un scientifique qui étudie la chimie, c'est-à-dire la science de la...) doit être capable de concevoir des molécules pouvant jouer le rôle de diode rectificatrices pouvant contrôler le sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but...) du passage du courant, ou être insérées dans un transistor à effet de champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:), en jouant le rôle de résistance variable (En mathématiques et en logique, une variable est représentée par un symbole. Elle...) commandée par une tension (La tension est une force d'extension.) 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 (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) des sciences chimiques de Rennes (CNRS/ENSCR/Université Rennes 1) ont découvert une molécule organométallique (Un organométallique est un composé chimique comportant au moins une liaison carbone-métal. Il...) dont les caractéristiques pourraient bien révolutionner la nanoélectronique. La jonction (La Jonction est un quartier de la ville de Genève (Suisse), son nom familier est "la Jonquille") moléculaire qu'ils proposent résulte de l'assemblage d'une molécule photo-commutable à base de ruthénium (Le ruthénium est un élément chimique, de symbole Ru et de numéro atomique 44,...) à une unité photochrome diaryléthène dont on peut moduler la conduction électrique par simple action de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...). 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 (En physique, on désigne par champ électrique un champ créé par des particules...) (effet de champ). Et il est également possible d'activer ou désactiver ces propriétés par simple photo-isomérisation** de l'unité photochrome qui induit (L'induit est un organe généralement électromagnétique utilisé en électrotechnique chargé de...) une modification structurale de la molécule et ainsi de la symétrie (De manière générale le terme symétrie renvoie à l'existence, dans une...) à l'origine de ce comportement.

Mieux encore, les équipes sont parvenues à introduire cette jonction dans un transistor solide, sans diélectrique de grille ( Un grille-pain est un petit appareil électroménager. Une grille écran est un...) liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est...), qui conduit à sa miniaturisation ultime. Dans ce dispositif, ils sont parvenus à moduler l'intensité du courant d'une amplitude (Dans cette simple équation d’onde :) allant jusqu'à trois ordres de grandeur, une performance encore jamais atteinte ! Ces résultats font l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans...) de publications dans le J. Am. Chem. Soc. et la revue Nature Communications.

Notes:
(*) En collaboration avec des équipes de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) de Pékin (Pékin (ou Beijing) (?? ; pinyin : B?ij?ng   Écouter la prononciation...), de l'Université McGill (L’Université McGill, située à Montréal au Québec, est une des...) (Montréal), de l'Université normale de Shanghai (Shanghai (chinois : 上海 ; en pinyin shànghǎi prononciation ;...), 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.



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 (Liu (chinois : 柳宿, pinyin : liǔ xiù) est une loge lunaire de...), 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 (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle,...) - Institut de chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à...) du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand...) - inc.communication at cnrs.fr
- Anne-Valérie Ruzette - Chargée scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui...) pour la communication - Institut de chimie du CNRS - anne-valerie.ruzette at cnrs.fr
- Christophe Cartier dit Moulin (Un moulin est une machine à moudre les grains de céréale en farine et, par analogie,...) - Chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la...) à l'Institut parisien de chimie moléculaire & Chargé de mission pour la communication scientifique de l'INC
- inc.communication at cnrs.fr