Le rôle des jonctions moléculaires en nanoélectronique est le plus souvent associé au transport électronique ; cependant, leur caractérisation précise entrave leur développement à grande échelle. Récemment, la plupart des recherches se sont concentrées sur l’étude des jonctions moléculaires sur la base d’une caractérisation électronique.
En plus de la tension appliquée, la lumière peut influencer l’état moléculaire et caractérise de manière complémentaire les états moléculaires. L’interaction de la lumière avec les jonctions moléculaires est un facteur supplémentaire pour le développement de commutateurs moléculaires. Cependant, la plupart des méthodes de spectroscopie optique classiques sont limitées par la diffraction, ce qui rend difficile la caractérisation de systèmes à l’échelle nanométrique avec une résolution spatiale ultra-élevée.
Les techniques améliorées en champ proche basées sur le plasmon de surface local (LSP) peuvent dépasser la limite de diffraction et constituer une excellente solution pour l’ultramicroscopie. De telles techniques améliorées en champ proche fournissent des méthodes très précises pour les domaines nano, telles que des techniques cohérentes de manipulation, de traitement et de mesure pour créer un effet tunnel dans les dispositifs nanoélectroniques.
Dans un nouvel article publié dans Lumière : fabrication avancéeune équipe de scientifiques dirigée par le docteur Hai Bi du laboratoire Jihua, en Chine, et ses collègues ont présenté un commutateur Raman monomoléculaire, qui est contrôlé non seulement par une tension appliquée, mais également par des entrées optiques avec des directions différentes.
Dans cette étude, l’effet combiné du moment cinétique optique en champ proche et de la tension de polarisation sur la réponse Raman d’une seule jonction moléculaire, créant un commutateur moléculaire, a été étudié. À l’aide d’une plate-forme maison de spectroscopie de jonction moléculaire (MJS), la commutation conformationnelle optique et électrique dans les jonctions métal-molécule-métal liées de manière covalente du TM-TPD a été caractérisée.
Le « fil » moléculaire non π-conjugué du TM-TPD relie électriquement la pointe recouverte d’or d’un microscope à effet tunnel à un substrat en or. Auparavant, une jonction moléculaire TM-TPD était utilisée pour confirmer une observation antérieure selon laquelle l’activité Raman de la molécule pouvait être activée et désactivée en utilisant la tension polarisée en raison de la conjugaison moléculaire pendant le transport de charge à travers les orbitales moléculaires. Dans cette étude, il a en outre été démontré que le commutateur moléculaire peut être manipulé à l’aide d’une entrée optique.
Les effets de la polarisation de la lumière et des propriétés de symétrie ultérieures du champ électromagnétique proche ont été étudiés et utilisés pour contrôler le comportement de commutation. Ce changement de la réponse Raman de la jonction est associé à une modification de la conformation de la molécule. En modifiant à la fois le côté éclairage et la tension appliquée à la jonction, l’intensité Raman peut être activée et désactivée avec une différence de près de cinq ordres de grandeur entre les deux états.
Il a été démontré que les jonctions moléculaires conformationnelles peuvent être contrôlées non seulement par la tension appliquée à une jonction à molécule unique, mais également par le moment cinétique optique dans le champ proche, qui est amélioré par le mode d’espacement du plasmon dans la jonction. Une tension de polarisation élevée entraîne un réarrangement de la densité électronique de la jonction moléculaire, qui active le mode Raman.
Ce mode Raman est amélioré par la planarisation et la conjugaison π accrue de la molécule TM-TPD. Le moment cinétique de la lumière provoque un couple sur l’axe z lorsque la répartition du champ électromagnétique est asymétrique. Cela permet de modifier la conformation du TM-TPD, détruit le réarrangement de la densité électronique de transport et enfin supprime le mode Raman. Ces études ont permis d’identifier expérimentalement que le moment cinétique optique est une force motrice de la commutation moléculaire.
Plus précisément, il a été constaté que l’excitation du moment cinétique a un lien très étroit avec la symétrie du système en champ proche. Cette étude ouvre de nouvelles voies de recherche sur la logique moléculaire et le moment cinétique optique en régime de champ proche. La possibilité d’aborder les phénomènes physicochimiques avec une résolution monomoléculaire présentée dans cette étude sert de point de départ à une nouvelle génération d’études nanomécaniques utilisant des configurations MJS.
Technologiquement, ces recherches ont démontré la surveillance et la manipulation d’une seule molécule avec un excellent contrôle, ouvrant de nouvelles voies pour le calcul multilogique d’une seule molécule.
Plus d’information:
Jianchen Zi et al, Effet du moment cinétique optique en champ proche sur les jonctions moléculaires, Lumière : fabrication avancée (2023). DOI : 10.37188/lam.2023.034