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La conduction du courant électrique par un câble ou un fil électrique dépend des qualités intrinsèques de ce matériau, mais aussi de la qualité des contacts avec les électrodes qui apportent et prélèvent le courant à ses extrémités. Qu’en est-il lorsque l’on réduit le diamètre du conducteur et donc du contact, jusqu’à des tailles nanométriques et à l’extrême limite d’un contact constitué d’une seule molécule ? Des physiciens strasbourgeois de l’IPCMS, en collaboration avec des collègues espagnols et allemands ont analysé le passage du courant au travers d’une seule molécule de C60 en changeant la taille et la géométrie de l’électrode apportant les charges électriques. Selon la nature et la géométrie du contact, les conductances peuvent varier d’un facteur 20. Ce travail ouvre la possibilité de contrôler les propriétés de transport des jonctions moléculaires avec la position et la nature chimique des atomes entant en contact.
Ce travail a été mené dans le cadre d’une collaboration entre l’Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg (CNRS – Université de Strasbourg), le Donostia International Physics Center, et le Materials Physics Center (Espagne) et l’Institut für Experimentelle und Angewandte Physik, (Kiel, Allemagne). A l’aide d’un microscope à effet tunnel, les chercheurs ont déposé un par un des atomes de cuivre sur une surface de cuivre afin de réaliser des amas de taille et de forme bien déterminées. Ils ont ensuite approché de chacun de ces amas une molécule de C60 et ont mesuré la conductivité électrique, qu’ils ont comparée à la conductivité de référence entre la molécule et une surface plane. Les mesures montrent que la conductance d’une même molécule peut varier de plus d’un ordre de grandeur en fonction de la « section » de contact avec les électrodes. En changeant un par un le nombre d’atomes impliqués dans ce contact les physiciens ont mis en évidence une transition entre deux régimes de conductance ; l’un dominé par une faible injection de charge de l’électrode vers la molécule, et l’autre où la quantité de charge traversant la jonction est directement liée aux orbitales de la molécule. Cette étude trouve des résonances en physique mésoscopique où, de manière très similaire, les propriétés de transport au travers de structures graphitiques (nanotubes de carbone, nano-rubans de graphène, oignons de carbone…) se révèlent fortement liées aux propriétés des connections avec des électrodes métalliques.
- Représentation d’une molécule de C60 fixée à l’apex d’une pointe STM de cuivre et approchée successivement d’électrodes de cuivre (nano-façonnées) composées de N = 1…4 atomes.
En savoir plus
Atomic-scale engineering of electrodes for single-molecule contacts, G. Schull1, T. Frederiksen2, A. Arnau234, D. Sanchez23, R. Berndt5, Nature Nanotechnology, 6, 10.1038 (2011)
Contacts chercheurs
Guillaume Schull, chercheur
Informations complémentaires
1Institut de physique et chimie des matériaux de Strasbourg (IPCMS), UMR 7504
2Donostia International Physics Center (DIPC), San Sebastian, Spain
3Centro de Fisica de Materiales CSIC-UPV/EHU, Materials Physics Center (MPC), San Sebastian, Spain
4Depto. Fisica de Materiales UPV/EHU, Facultad de Quimica, San Sebastian, Spain
5Institut für Experimentelle und Angewandte Physik, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Germany
Contacts INP
Jean-Michel Courty,
Catherine Dematteis,
Karine Penalba,
inp-communication cnrs-dir.fr
