Blocage du courant induit par changement de l’état redox d’un cluster moléculaire

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La fabrication et le contrôle de systèmes nanométriques dont la charge est contrôlable individuellement, demeurent essentiels pour le développement de nano-composants pour lesquels le transport électronique est dominé par des effets quantiques. Des chercheurs de l’université de Columbia (USA) ont étudié les propriétés électriques à l’aide de la technique de STM-Break Junction (Figure 1b), d’un système redox constitué d’un cluster moléculaire ([Co6S8L6] avec L= diéthyl-4-(méthylthio)phényle phosphine, figure 1a). Le courant mesuré à température ambiante sur ce système aux faibles tensions (entre +360 mV et -450 mV) est très faible (état OFF), puis augmente brutalement pour atteindre un facteur 560 vers -810 mV (état ON, Figure 1c). L’origine de ce rapport ON/OFF de conductance élevé provient selon les auteurs d’un changement de l’état redox du cluster: l’état OFF correspond à l’état de charge +I et l’état ON à l’état neutre. Cette explication s’appuie sur des mesures en voltamétrie cyclique et sur des calculs du diagramme d’énergie par DFT de la molécule. De plus, les auteurs sont parvenus à réaliser un transistor en plongeant cette jonction dans un liquide ionique polarisé par une troisième électrode (la grille du transistor) : la polarisation de cette grille vient contrôler l’état redox de la molécule, et ainsi contrôler l’état ON ou OFF de la jonction formant ainsi le transistor. Le rapport ON/OFF très élevé mesuré sur ce système redox à température ambiante ouvre la voie à la réalisation de transistor moléculaire avec plusieurs niveaux (multi-level) et avec de nouvelles fonctionnalités.

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Figure 1 : (a) Représentation du cluster moléculaire ([Co6S8L6] avec L= diéthyl-4-(méthylthio)phényle phosphine. (b) Représentation schématique de la jonction moléculaire étudiée par STM-Break Junction dans un environnement ionique. (c) Caractéristique courant-tension mesurée sur la jonction moléculaire en échelle semi-log et en échelle linéaire dans l’encart. Extrait avec la permission de Nature Nanotechnology 2017 (ASAP article).Copyright Nature publishing