1
SiO2 1nmSi highly doped
SiO2 1nmSi highly doped
Al
SiO2 1nmSi highly doped
hydrogen carbon oxygen
sulfur
silicon
AuAu
-(CH2)3-SH or C3-SH -(CH2)3-CH3 or C3 -(CH2)6-CH=CH2 or C81.0µm
QuelquesQuelques avancavancééeses enenéélectroniquelectronique molmolééculaireculaire
Dominique VuillaumeGroupe "Nanostructures et composants moléculaires"
IEMN-CNRS, Lille.
2
PlanPlan
• Transport électronique dans les jonctionsmoléculaires
• graphène
• spintronique moléculaire
3
molecular devicesmolecular devices
chemistry, ligandelectronic couplingsize
charge transportfunctionality
4
166/700
8/166
oxime formation : high yield, stablebio-compatible
molecular contactsmolecular contacts
7
approcheapproche sans lithosans litho
24%2 extrêmités connectées
54%1 jonction bout-bout
6%Jonction bout-côté
16%Pas de jonction
Pourcentage de tubes
Statistiques sur 1000 tubes imagés en AFM : ~ 78% des tubes adaptés à une
mesure NT-Mol-NT
O
O H
O O HEDC
b)
c)
a)
NHS
N C N (CH2)3H3CH2C NR1
OH
O
R1
O
O
NH
N(
CH2CH3
(CH2)3
N
N
OH
OO
R1
O
O
N
O
OR2 NH2
R1
NH
O
R2
MEMO
10
influence du contactinfluence du contact
SHHS
NH2H2N
CNNC
g less sensitive to local structurecoupling through N lone pair
11
fluctuations, bruit, fluctuations, bruit, couplagecouplage vibroniquevibronique
• Need to understand the role of fluctuations, noises and vibronic effects on electron transport in MJ :
Au-S bond
Molecularvibrations role of traps/defects
in the junction?
12
• Low frequency 1/f noise : Si-MOSFET
• Molecular devices : CNT-FET
• Shot noise in Pt-D2-Pt junction
NoiseNoise
Avouris et al., Nano Letters (2006)
van Ruitenbeek et al., Nano Lettes (2006)
1/f noise Si/SiO2 interface statesMcWhorter (1956), Klaassen (1971)….
13
noise in Sinoise in Si--alkyl/Al junctionsalkyl/Al junctions
N. Clement et al., Pys. Rev. B (in press)IEMN-CNRS & Weizmann
3 eV
Si-(CH2)17-CH3/Al1010 cm-2
1013 cm-2
14
electronelectron--molecular vibration couplingmolecular vibration coupling
S. Lenfant et al. Phys. Stat. Sol. a (2006), IEMN-CNRSKushmerick et al. Nano Lett. (2004), NISTWang et al. Nano Lett. (2004), Yale
SiO2 1nmSi highly doped
SiO2 1nmSi highly doped
Al
SiO2 1nmSi highly doped
hydrogen carbon oxygen
sulfur
silicon
AuAu
-(CH2)3-SH or C3-SH -(CH2)3-CH3 or C3 -(CH2)6-CH=CH2 or C8
15
CH2 roc
k
C-C st
retch
CH2 scis
sor
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0 C3Au C8Al C8Au C11Au
CH2 roc
k
C-C st
retch
CH2 scis
sor
0
2
4
Wang Kushmerick
SiO2 1nm Si highly doped
SiO2 1nmSi highly doped
Al
SiO2 1nmSi highly doped
hydrogen carbon oxygen
sulfur
silicon
AuAu
-(CH2)3-SH or C3-SH -(CH2)3-CH3 or C3 -(CH2)6-CH=CH2 or C8
what are the key factors?- chain length (probably no), order vs. disorder- nature of electrode and molecule - electrode coupling
16
switch & memory at a monolayer levelswitch & memory at a monolayer level
A. Szuchmacher Blum et al.,Nature Mater. (2005)NRL, Rice, Geo-Centers
17
molecular memory hybridized on Simolecular memory hybridized on Si
Si/SiO2(1.8nm)/C60(0.4-0.6nm)/SiO2 ou Al203 (30nm)/Cr
Si
Cr
19
propripropriééttééss spspéécifiquescifiques
•semi-metal, gap nul, n(εF)=0•relation dispersion linéaire, Dirac fermion•ne or h : up to 1013 cm-2
•µ : up to 60000 cm2V-1s-1
•ambipolaire•faible couplage spin-orbite
20
nanonanoéélectroniquelectronique graphgraphééniquenique
Avouris et al. (2007) Lemme et al. (2007) Morpurgo et al. (2007)
21
graphgraphèènene en en éélectroniquelectronique molmolééculaireculaire
Louie et al. (2006)
Areshkin et al. (2007)G. Fagas, A. Kambili, (2004)
22
croissancecroissance éépitaxialepitaxiale du du graphgraphèènene
1999 : graphitization de SiC (J.M. Themlin et al., Surf. Sci. (1999))2004 : croissance épitaxiale (Georgia Tech, LEPES)
@1400°C
LC<1µm
24
TMR observed for 4 out of 12 dev61% at 5Kextracted λS ~ 50 µm
advantages of CNT-long spin lifetime-high Fermi velocity
LSMO-MWCNT-LSMO
26
jonctionjonction tunnel tunnel àà molmolééculescules
1er démo de TMR àtravers une SAM
• Ralph et al. (Cornell) - 2004
≠ échantillons
28
……and moreand more
• molecule hybridized on CMOS : – new functions or easier technological fabrication at lower
cost– not necessary at higher densities
• other state variables (no only charge) :– molecular conformation– mechanics (NEMS)– spin
• other paradigms :– neuromorphic– reversible computing
• self-assembly and self-organization :– supramolecular chemistry– bio-assisted fabrication
29
remerciementsremerciements
• les membres du groupe "électronique moléculaire" de l'OMNT
• Merci de votre attention.