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En direct des laboratoires de l'institut de Chimie

 

Formation de fils 1D supramoléculaires par auto-assemblage d’oligomères sur une surface de graphène épitaxiée

 

En étudiant l’auto-assemblage d’oligomères sur une surface de graphène et les propriétés électroniques des structures supramoléculaires ainsi formées, des chercheurs de Mulhouse, Freiburg (Allemagne), Montpellier et Pau (*) ont montré la possibilité de former des fils 1D supramoléculaires synthétisés à partir d’une brique de base de Thiophene-dialkoxyBenzène-Thiophene. L’étude de la formation de ces fils par microscopie à effet tunnel (STM) à basse température et sous ultra-haut vide a mis en évidence un mécanisme d’auto-assemblage tout à fait inédit soulignant que la continuité de la densité d’état dans chaque molécule et entre les molécules est préservée tout le long du fil. Ce travail constitue une avancée importante dans la compréhension des mécanismes d’auto-assemblage et le design des molécules pour la réalisation de structures supramoléculaires. Elle pose la question du transport électronique cohérent dans ces structures et trouve des applications vers l’électronique moléculaire, les capteurs et l’énergie solaire. Ce travail est paru dans le Journal of the American Chemical Society.

Les auteurs remercient l’ANR (projet Transfilen) et l’université de Fribourg.

 

simon

 

Explication complémentaire

Un assemblage supramoléculaire est un matériau pour lequel chaque brique élémentaire est constituée d’une molécule capable de créer des liaisons réversibles à partir d’interactions « physiques ». Ce principe de réversibilité est à la base de la construction de tout objet macroscopique trouvé dans la nature.  Comprendre l’implication du design de chaque molécule dans le processus d’auto-assemblage constitue un défit majeur pour la réalisation de nanostructures auto-assemblées. Si le comportement de ces supramolécules et la façon dont elles s’organisent en solution commence à être connus et prédictibles, le processus d’auto-assemblage sur une surface en film 2D, qui résulte d’un équilibre subtil entre les interactions molécules-substrat et entre molécules, recèle souvent des surprises.

En utilisant une surface particulièrement inerte tel que graphène et plus précisément du graphène épitaxié sur SiC(0001), les interactions molécules-substrat sont considérablement réduites ; ce qui est favorable pour la formation de longues chaînes supramoléculaires unidimensionnelles à partir de molécules hautement π-conjuguées. Alors que pour les substrats classiquement observés, un assemblage d’empilement compact où les molécules s’ordonnent sans réelle interaction entre elles et suivent la topologie de la surface est observé, notre étude montre ici que chaque molécule modifie sa conformation afin de créer une liaison « physique » entre elles. En réalisant des mesures de conductance tunnel, il a été possible de montrer que pour les états inoccupés, au delà d’une certaine énergie, la densité d’état était délocalisée tout le long du fil supramoléculaire mettant en évidence la possibilité d’agrégats de type J avec recouvrement d’orbitale moléculaire pour certains niveaux d’énergie bien déterminé avec un lien possible mais qui reste à prouver vers une délocalisation de type excitonique.

 

Référence

Generating Long Supramolecular Pathways with a Continuous Density of States by Physically Linking Conjugated Molecules via Their End Groups
R. Shokri1,2, M.-A. Lacour3, T. Jarrosson3, J.-P. Lère-Porte3, F. Serein-Spirau3, K. Miqueu4, J.-M. Sotiropoulos4, F. Vonau1, D. Aubel1, M. Cranney1, G. Reiter2, L. Simon1
Journal of the American Chemical Society 9 avril 2013, 135, 5693-5698.

doi:10.1021/ja311964b

 

Contacts chercheurs 

Laurent Simon, Institut de Sciences des Matériaux de Mulhouse
Courriel : laurent.simon@uha.fr
Tél. : 03 89 33 66 03


 

Contacts institut

Christophe Cartier dit Moulin, Jonathan Rangapanaiken

 

28 mai 2013

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