Nano-architecture moléculaire d'interfaces hybrides organique/inorganique

Les molécules constituent des briques de construction polyvalentes capables de générer des systèmes macromoléculaires remarquablement diversifiés. Elles sont souvent utilisées dans des approches de nano-fabrication « bottom-up », pour créer diverses architectures moléculaires sur des surfaces par le biais de l'assemblage moléculaire. Cette démarche présente un intérêt scientifique et technologique majeur, notamment dans les domaines de l'électronique organique, de la photonique, des cellules photovoltaïques ou des matériaux avancés. Ce travail s'inscrit dans cette démarche et vise à l'étude détaillée de la formation de couches moléculaires composites C60/Pérylène sur un substrat d'argent. Comprendre comment les molécules de C60 et de pérylène s'organisent à l'interface en couches moléculaires, quelle est leur structure, leurs états électroniques est essentiel pour contrôler les propriétés du matériau composite. Le C60 (fullerène) est un excellent accepteur d'électrons, tandis que le pérylène (et ses dérivés comme le PTCDA) est un semi-conducteur organique connu pour ses propriétés de transport de trous. L'étude de leur interface permet d'envisager l'optimisation la séparation et le transport des charges, cruciale pour les cellules solaires organiques (OPV) ou les diodes électroluminescentes organiques (OLED). Par ailleurs, une des voies de recherche d'amélioration des cellules solaires, consiste à utiliser le processus de "conversion ascendante par annihilation de triplet" (TTA-UC) de molécules voisines, qui permet à deux photons de faible énergie de produire un photon de haute énergie. Dans certaines applications, des photo-sensibilisateurs organiques triplets sont utilisés pour la TTA-UC. Précisément, il a déjà été mis en évidence que nos deux molécules d'intérêt, le pérylène et le fullerène C60, peuvent être impliquées dans des processus efficaces de TTA-UC. Un autre intérêt vient du fait que la formation et les propriétés des couches de pérylène sur la surface Ag(110), déjà abordées dans l'équipe par des études STM, ont montré des caractéristiques structurelles uniques, tant les monocouches que les multicouches. Dans ce dernier cas, on obtient des empilements de molécules en liaisons π-π qui s'auto-assemblent en une couche épitaxiale tridimensionnelle. Ces colonnes, "ancrées" ou "flottantes", s'auto-assemblent par liaison hydrogène. Cela confère à la surcouche la capacité remarquable de s'adapter à la morphologie du substrat sous-jacent et de s'étendre sur les terrasses de la surface comme une structure unique. Nous avons baptisé cette propriété unique "épitaxie complète". Notre étude expérimentale consistant en l'utilisation de techniques de sciences des surfaces diverses mais complémentaires. Les informations structurelles sont sondées par « Scanning Tunneling Microscope » (STM), les caractéristiques électroniques par Spectroscopies de photoélectrons (UPS, XPS) et certaines propriétés optiques par « Surface Differential Reflectivity Spectroscopy » (SDRS). L'étude a comporté trois volets. Nous avons d'abord caractérisé les propriétés électroniques et optiques de la multicouche de pérylène. Puis nous avons étudié le dépôt de C60 directement sur la surface d'argent, afin de servir de système référence. Puis nous avons effectué l'ensemble de ces mesures de caractérisation sur des couches composites C60/Pérylène, formées par dépôt de C60 sur des couches pérylène préalablement formées sur le substrat métallique.