La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

Christophe Krzeminski Structure électronique et transport dans une jonction moléculaire.

Présentations similaires


Présentation au sujet: "Christophe Krzeminski Structure électronique et transport dans une jonction moléculaire."— Transcription de la présentation:

1 Christophe Krzeminski Structure électronique et transport dans une jonction moléculaire

2 Introduction Réduction continue de la taille du transistor MOSFET... limites fondamentales, technologiques, financières La loi de Moore

3 Introduction Exploration de deux voies principales pour réaliser des composants à léchelle nanométrique : SourceDrain Substrat (Grille) e-e- Ilot, molécule Les nanostructures semiconductrices. Lélectronique moléculaire.

4 Lélectronique moléculaire : Utiliser des molécules organiques afin de réaliser des composants Fils moléculaires. Diodes moléculaires. Transistor moléculaire ? Introduction Interprétation des caractéristiques Dimportants progrès expérimentaux pour réaliser des dispositifs nanométriques: Electrodes coplanaires (nanotubes, ADN) Jonctions brisées Nanopores (composés thiols)

5 Introduction Lobjectif: étudier le transport dans des jonctions moléculaires afin daffiner les interprétations dexpériences récentes Relations entre structure électronique/caractéristique électrique Etudier linfluence du champs électrique sur ces dispositifs Le développement des nanotechnologies doit saccompagner de celui doutils de calcul (structure électronique, …) adaptés à la simulation de ces dispositifs.

6 I Principes mis en oeuvre Théorie du transport adoptée Calcul auto-cohérent de structures électroniques Influence du champs électrique Plan de lexposé IIEtude dune famille de fils moléculaires (nTVs) IIIEtude dune diode moléculaire (C 16 H 33 Q-3CNQ)

7 Transport : théorie de Landauer Calculer la transmission T(E) à partir de la structure électronique de la jonction ? Transport ballistique : cohérent +élastique f f eV T(E) Réservoir e- Métal Molécule Réservoir e- R T Potentiel Diffuseur

8 Transport:formalisme de fonctions de Green G a,G r : Structure électronique de la molécule D, G : Nature de linterface molécule/substrat f f eV T(E) J f D,f G : Statistique de Fermi- Dirac (occupation des réservoirs)

9 Les matrices de couplages: D, G Transport: Calcul des différents termes... Les fonctions de Green de la molécule: G a,G r : Besoin de calculer la structure électronique de la molécule E k, k : Densité détats de lélectrode V G : Potentiel de couplage

10 Calcul auto-cohérent de structures électroniques Calcul précis de la structure électronique de molécules comportant des atomes divers et dune taille ~100 atomes. Calcul auto-cohérent: Introduction des interactions e - /e - (Hartree) Influence du champs électrique. ab-initio LDA Nombres d atomes Liaisons fortes

11 Les liaisons fortes autocohérentes Les états propres des molécules sont recherchés sous la forme dune combinaison linéaire dorbitales atomiques (s, p...). H: Les interactions (termes non diagonaux) sont décrits par des interaction Slater-Koster aux premiers voisins: Potentiel coulombien (excès de charges) Potentiel extérieur appliqué Potentiel image Les termes intra-atomiques dépendent de nombreux facteurs

12 Implémentation numérique: V n+1 = V n ? Obtention de la structure électronique autocohérente Construire et diagonaliser lHamiltonien H 0 Calculer des potentiels autocohérents V oui Calcul des susceptibilités non Modification des termes intra-atomiques H

13 Les paramètres de liaisons fortes: Calculer la structure électronique et les charges en LDA de nombreuses molécules simples: Ajustement par moindre carré des paramètres de liaisons fortes afin de reproduire les résultats en LDA. Obtention des paramètres dinteraction des principales liaisons chimiques

14 Test de la méthode : quelques molécules Quelques exemples de complexité croissante. Molécules possédent un large panel de propriétés différentes (dipôle, structure électronique).

15 Variations du dipôle Variation du dipôle de quelques molécules en fonction du potentiel.

16 Variation des niveaux électroniques Variation de quelques niveaux électroniques du tetracène. Lumo Homo

17 Variation des niveaux électroniques Variation des niveaux de OHAPy-C-DNB. Lumo Homo C5H11

18 Quelques conclusions Bonne concordance générale entre la LDA et les liaisons fortes. Nécessité de réaliser des calculs autocohérents. Influence importante du champs électrique sur les propriétés électroniques de la molécule.

19 Plan de lexposé I Principes mis en œuvre IIEtude dune famille de fils moléculaires (nTVs) Comparaison structure électronique/caractérisations expérimentales Calcul des propriétés de transport dune jonction Al/nTVs/Al Présentation des thiénylènevinylènes (nTVs) IIIEtude dune diode moléculaire (C16H33Q-3CNQ)

20 Présentation des thiénylènevinylènes Gap optique mesuré qui converge vers 1.9eV. Taille de molécule qui atteint 100 A° (16TV) Désordre rotationnel limité Bons candidats de fils moléculaires I. Jestin et al, J. Am. Chem. Soc, 120, 8150 (1998)

21 Gap optique des thiénylènevinylènes Bonne description des variations Nécessité dintroduire une correction constante 1.2eV

22 Spectre optique Calcul du coefficient dabsorption optique en liaisons fortes à laide de la règle dor de Fermi. Description des deux bandes principales expérimentales

23 Etats électroniques et image STM HomoLumoHomoLumo Image STM des 4TV B. Grandidier et al, Surface Science, 473, 1 (2001) Si(100)-2*1

24 Homo, Homo-1 Lumo, Lumo+1 Structure électronique sous champs Variations des niveaux du 6TV en fonction du potentiel appliqué

25 Caractéristique électrique J V~+1.3 V~+1.7 f eV f Homo f f eV Homo Homo-1 Caractéristique AL/6TV/AL

26 Deux régimes de transport I non-résonant I résonant Homo Courant faible molécules physisorbées

27 Quelques conclusions sur les nTVs Calcul structure électronique => valider le concept de fil moléculaire Interprétation des mesures dabsorption optique, de voltamétrie, imagerie STM Mis en évidence la possibilité davoir un transport par effet tunnel résonant

28 Plan de lexposé IIIEtude dune diode moléculaire (C 16 H 33 Q-3CNQ) Principe dAviram et Ratner Structure électronique de la molécule isolée et de la monocouche Etude du transport au niveau de la monocouche Discussion de lorigine du mécanisme de rectification I Principes mis en œuvre II Etude dune famille de fils moléculaires (nTVs)

29 Principe dAviram et Ratner V<0 Lumo (A) Homo (A) Lumo (D) Homo (D) A. Aviram &M. A. Ratner, Chem. Phys. Lett., 29, 277 (1974) V>0 Lumo (A) Homo (A) Lumo (D) Homo (D) I V Métal/Molécule/Métal Diode moléculaire D- -A

30 Le candidat de diode moléculaire: C 16 H 33 Q-3CNQ Groupement accepteur 3CNQ Chaîne aliphatique Pont Groupement donneur Quinolinium C N N + C N C N - C 16 H 33 C 16 H 33 Q-3CNQ

31 Mesures électriques sur une monocouche R. M Metzger et al, J. Am. Chem. Soc., 119, (1999) D. Vuillaume et al, Langmuir, 15, 4011 (1999) Bilan des mesures: 30% direct 23% inverse 47% ~symétrique

32 Propriétés électroniques de la molécule Etats délocalisés Le principe dAviram&Ratner est inapplicable Homo Lumo Gap à un électron faible ~0.7 eV Dipôle gigantesque ~30 Debyes Etats électroniques délocalisés

33 Influence de la monocouche Introduction dans lautocohérence des interactions électrostatiques entre les molécules au niveau de la couche. Dipôle molécule isolée Dipôle molécule en couche Dipôle gigantesque de la molécule isolée ~ 30 debyes Réduction du dipôle due aux interactions dipolaires

34 Influence du potentiel appliqué asymétrie du potentiel piste pour expliquer les effets rectificateurs Zone écrantage peu important Potentiel dans une jonction AL/C 16 H 33 Q-3CNQ/AL. Zone écrantage important

35 Transport avec des électrodes daluminium Position des niveaux de la molécule a 1eV Lumo Homo b Lumo Homo c Lumo Homo 1eV Niveau du vide E F (AL) 4.2 eV AL AL2O3 AL AL2O3

36 Transport avec des électrodes daluminium Caractéristique dune jonction AL/C 16 H 33 Q-3CNQ/AL Cas a Asymétrie en inverse

37 Transport avec des électrodes daluminium Caractéristique dune jonction AL/C 16 H 33 Q-3CNQ/AL Cas b Asymétrie en inverse

38 Transport avec des électrodes daluminium Caractéristique dune jonction AL/C 16 H 33 Q-3CNQ/AL Cas c Asymétrie en direct

39 Transport avec des électrodes daluminium Caractéristique pour une jonction AL/Q-3CNQ/AL (sans chaîne aliphatique). symétrie

40 Quelques conclusions Principe dAviram et Ratner est inapplicable. La présence de la chaîne aliphatique entraîne des asymétries au niveau des caractéristiques électriques. Influence sur le sens de rectification de la position des niveaux de la molécule

41 Transport avec des électrodes dor Objectif: saffranchir des problèmes doxyde Uniquement des effets rectificateurs dans le sens direct Caractéristique expérimentale Au

42 Transport avec des électrodes dor Au Théorie => effet rectificateur dans le sens direct

43 Une utilisation pratique ? Plus longueur chaîne aliphatique plus effet rectificateur Plus longueur chaîne aliphatique plus courant compromis subtil à trouver

44 Conclusions Calcul de la structure électronique de molécules comprenant ~100 atomes avec une méthode de liaisons fortes autocohérente. Calcul des propriétés de transport pour une famille de fils moléculaires (nTVs) et pour un candidat de diode C 16 H 33 Q-3CNQ. Interprétation différente des effets rectificateurs observés sur C 16 H 33 Q-3CNQ Montrer linfluence des effets inélastiques sur les caractéristiques I-V de ces systèmes.

45 Perspectives Application à dautres types de molécules OHAPy-C-DNB (vérifie le principe d Aviram & Ratner) Molécules biologiques (bases de lADN) Nanotubes Adaptation du modèle de transport élastique à dautres dispositifs : Molécule greffée sur une surface (Silicium,Or) Microscopie STM. Poursuite de létude des effets inélastiques Système à deux niveaux électroniques =>Aviram-Ratner

46 Christophe Krzeminski Structure électronique et transport dans une jonction moléculaire

47 Titre de la diapositive


Télécharger ppt "Christophe Krzeminski Structure électronique et transport dans une jonction moléculaire."

Présentations similaires


Annonces Google