Un nouveau « papier moléculaire »

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Le stockage de l’information constitue une des applications clefs de l’électronique moléculaire. En effet, la taille extrêmement réduite des objets moléculaires, leurs caractéristiques parfaitement reproductibles, ainsi que leurs propriétés de bistabilité (rédox par exemple) en font des candidats de choix. Une approche développée par de nombreux groupes à travers le monde consiste à modifier des molécules adsorbées sur des surfaces de façon très localisée, idéalement une seule molécule. Les équipes de M. Mayor (Université de Bâle, Suisse) et de L. Gerhardt (KIT - Karlsruhe, Allemagne) proposent un nouveau système de ce type, basé sur la formation de liaisons disulfures.

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Figure 1 : A) structure des molécules utilisées dans l’étude ; B) couche autoassemblée formée sur la surface, C) dimère formé sur la surface par application d’un potentiel négatif à la pointe STM. Reproduit avec la permission de Vincent Huc.

Pour ce faire, des composés polyaromatiques dérivées du tétraphénylméthane et fonctionnalisés par trois  groupes thioacétates (figure 1A) sont adsorbés sur des surfaces d’or (figure 1B). L’étude STM de ce système montre que ces molécules s’adsorbent sous forme d’une couche monomoléculaire auto-assemblée, comme attendu : toutefois, une analyse fine montre également que la « branche » aromatique la plus longue, terminée par un groupement nitrile, s’adsorbe parallèlement à la surface. Par conséquent, un des trois groupes thioacétates n’est pas chimisorbé, et reste orienté perpendiculairement à la surface (figure 1B). Par application d’un potentiel négatif sur la pointe, un clivage de ce groupement thioacétate se produit, avec formation d’une liaison disulfure entre deux molécules adjacentes (figure 1C). Les deux molécules assemblées l’une à l’autre se comportent alors comme un objet unique et le processus est par ailleurs irréversible.

L’intérêt de cette étude réside dans le fait que cette modification extrêmement localisée (seules deux molécules adjacentes sont affectées par ce processus), est réalisée à température ambiante et ne conduit pas à une désorption de l’objet formé de la surface. Ceci permet d’utiliser ces tapis de molécules comme une véritable feuille de papier pour y dessiner des structures complexes à l’aide de la pointe du STM, et ce à une échelle moléculaire. Ce travail particulièrement intéressant ouvre des perspectives réelles pour le stockage de l’information, tant au niveau de la structure des molécules utilisées que pour le mécanisme d’écriture qui met en jeu un transfert d’électrons de la pointe du STM vers les molécules : celui-ci, stochastique, reste limité en vitesse d’adressage/imagerie. Par ailleurs, le dimère formé sur la surface apparaît comme un objet assez encombré et sa structure exacte mériterait une étude plus détaillée (modélisation DFT par exemple). Enfin, le mécanisme exact de la transformation chimique observée n’est pas clairement établi.