Une équipe développe une méthode de contrôle de la photocommutation d’une molécule unique

Des scientifiques du département de chimie physique de l’Institut Fritz Haber ont fait une découverte innovante dans le domaine de l’optoélectronique à l’échelle nanométrique. L’étude, publiée dans la revue Nature Communications et intitulé « Contrôle de précision atomique de la commutation de molécules uniques induite par plasmon dans une nanojonction métal-semiconducteur », présente une méthode permettant d’obtenir un contrôle sans précédent sur la commutation photo-moléculaire. Cette avancée pourrait transformer l’avenir de la technologie des nano-dispositifs.

L’optoélectronique à l’échelle nanométrique est un domaine en pleine évolution qui se concentre sur le développement de dispositifs électroniques et photoniques à l’échelle nanométrique. Ces minuscules dispositifs ont le potentiel de révolutionner la technologie, en rendant les composants plus rapides, plus petits et plus économes en énergie.

Il est essentiel de maîtriser précisément les photoréactions à l’échelle atomique pour miniaturiser et optimiser ces dispositifs. Les plasmons de surface localisés (LSP), qui sont des ondes lumineuses générées sur des surfaces de matériaux à l’échelle nanométrique, sont devenus des outils puissants dans ce domaine, capables de confiner et d’amplifier les champs électromagnétiques. Jusqu’à présent, l’application des LSP s’est principalement limitée aux structures métalliques, ce qui, selon l’équipe, pourrait limiter la miniaturisation de l’optoélectronique.

Au-delà de l’échelle nanométrique : contrôle de la commutation photoélectrique avec une précision atomique

Les nouvelles recherches se concentrent sur l’utilisation des LSP pour obtenir un contrôle au niveau atomique des réactions chimiques. Une équipe a étendu avec succès la fonctionnalité des LSP aux plates-formes semi-conductrices. En utilisant une pointe résonnante aux plasmons dans un microscope à effet tunnel à basse température, ils ont permis le soulèvement et la descente réversibles de molécules organiques individuelles sur une surface de silicium.

Le LSP à la pointe induit la rupture et la formation de liaisons chimiques spécifiques entre la molécule et le silicium, ce qui entraîne une commutation réversible. Le taux de commutation peut être réglé par la position de la pointe avec une précision exceptionnelle allant jusqu’à 0,01 nanomètre. Cette manipulation précise permet des changements réversibles entre deux configurations moléculaires différentes.

Un autre aspect clé de cette avancée réside dans la possibilité de régler la fonction optoélectronique par modification moléculaire au niveau atomique. L’équipe a confirmé que la photocommutation est inhibée pour une autre molécule organique, dans laquelle un seul atome d’oxygène non lié au silicium remplace un atome d’azote. Cette adaptation chimique est essentielle pour régler les propriétés des dispositifs optoélectroniques à molécule unique, permettant la conception de composants dotés de fonctionnalités spécifiques et ouvrant la voie à des systèmes nano-optoélectroniques plus efficaces et adaptables.

Orientations futures

Cette recherche s’attaque à un obstacle majeur dans le développement de dispositifs à l’échelle nanométrique en proposant une méthode permettant de contrôler avec précision la dynamique des réactions à une seule molécule. De plus, les résultats suggèrent que les nanojonctions métal-molécule unique-semiconducteur pourraient servir de plateformes polyvalentes pour la nano-optoélectronique de nouvelle génération.

Cela pourrait permettre des progrès significatifs dans les domaines des capteurs, des diodes électroluminescentes et des cellules photovoltaïques. La manipulation précise de molécules individuelles sous l’effet de la lumière pourrait avoir un impact significatif sur le développement de ces technologies, offrant des capacités et une flexibilité accrues dans la conception des appareils.