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

5

6

7/8Ion : ↑ 1→2

HOMO ↑ fluorenone→fluorenone oxime~0.27 eV

∆VTvariation du dipole

Ion : ↑ 2→3????

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

8

yield : 95% / stable / reproducible

9

influence de la conformationinfluence de la conformation

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

18

graphgraphèènene

1999: E. Dujardin, T. Ebbesen

2005: monolayer (A. Geim, P. Kim)

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

23

SpintroniqueSpintronique molmolééculaireculaire

• Tsukagoshi et al. (Riken) - 1999

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

25

26

jonctionjonction tunnel tunnel àà molmolééculescules

1er démo de TMR àtravers une SAM

• Ralph et al. (Cornell) - 2004

≠ échantillons

27

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.

30

polymer functionalized polymer functionalized CNTCNTelectroelectro--optical memoryoptical memory

CEA-LEM & IEMN : Borghetti et al., Adv. Mater. (2006)