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Carbon nanotubes as electrodes for molecular electronics, connexion and study of self-assembled monolayers and single molecules

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Nanotubes Molécules Électrodes Thèses et écrits académiques Couche auto-assemblées Transport électronique moléculaire Isolant moléculaire

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Les nanotubes de carbone comme électrodes pour l'électronique moléculaire, connexion et étude de couches auto-assemblées et de molécules uniques

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Les nanotubes de carbone comme électrodes pour l'électronique moléculaire, connexion et étude de couches auto-assemblées et de molécules uniques

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Connecting a small number of molecules is an ongoing challenge in molecular electronics. During this thesis work, we have used carbon nanotubes as electrodes in two distinct configurations. In the first one, a single-walled metallic nanotube is used to build a nanometer-sized metal/self assembled monolayer/metal junction. The case of an insulating SAM is compared to the one of a σ-π-σ system. The characteristics obtained in the first case allow determining the insulating molecular barrier parameters. In the second one, we obtain structured electrical characteristics. For this system, we propose a model where the transport is modulated via the highest occupied molecular orbital. When a semiconducting nanotube is used, the proposed device geometry enables studying the behaviour o a nanotube transistor where the insulating SAM is used as an ultra-thin gate dielectric. The realized devices display excellent switching performances. We underline the major role of the SAM dipole on the transistor modulation properties. In the second configuration, we have studied and optimized a chemical synthesis to make a high number of single-molecule junctions in solution where the single molecule is connected through covalent bonds to carbon nanotubes. After deposition, we characterize a single molecule of ethylenediamine connected by two single-walled nanotubes. Dans le domaine de l’électronique moléculaire, la connexion d’un faible nombre de molécules est l’un des défis majeurs. Ce travail de thèse porte sur l’utilisation de nanotubes de carbone comme électrodes dans deux configurations distinctes. Dans la première, un nanotube métallique mono-feuillet individuel est utilisé pour former une jonction de taille nanométrique de type métal/couche moléculaire auto-assemblée (SAM)/nanotube. Le cas d’une SAM isolante est comparé au cas d’une SAM basée sur un système σ-π-σ. Les caractéristiques obtenues dans le premier cas permettent de déterminer les paramètres de cette barrière tunnel moléculaire. Dans le second, nous obtenons des caractéristiques électriques structurées. Nous proposons pour ce système un modèle où le transport est modulé via l’orbitale occupée de plus haute énergie. Lorsqu’un nanotube semi-conducteur est utilisé, la géométrie du dispositif permet également d’étudier le comportement d’un transistor à nanotube de carbone où la SAM isolante est alors utilisée comme diélectrique de grille ultra-fin. Les dispositifs ainsi réalisés montrent d’excellentes performances de commutation. Nous soulignons le rôle capital du dipôle électrique constitué par la SAM sur les propriétés de modulation du transistor. Dans la seconde configuration, nous avons étudié et optimisé une chimie de synthèse afin de réaliser en solution un grand nombre de jonctions mono-moléculaires où la molécule unique est connectée par des liaisons covalentes à deux nanotubes. Après dépôt sur surface, nous effectuons des caractérisations électriques pour une molécule d’éthylènediamine connectée par deux nanotubes mono-feuillets.

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Text

n9:P1001

n10:T1009

rdaw:P10219

2008

rdau:P60049

n16:1020