Molecular Bistability in Transition Metal Complexes: Electric Field-Induced Switching and Surface Plasmon Resonance Detection.
Bistabilité moléculaire dans des complexes de métaux de transition : commutation par un champ électrique et détection optique par résonance des plasmons de surface.
Résumé
Nowadays, the technological demands in terms of miniaturization of components such as sensors, devices for electronics and optics stimulate more scientific activity of laboratories worldwide. To this end, the bistable molecular materials seem to show promise for such applications. The addressing and detection of bistability in these materials at the nanoscale is a necessary step in designing such devices. In this context, this thesis presents a novel approach, not only for addressing bistable molecular materials electrically, but also for reading electrically or opticaly the information stored in bistable molecular materials at the nanoscale. We were able to demonstrate their switching between two bistable states by applying an electric field. We also studied theoretically and experimentally the possibility of detecting this switching in thin films using the surface plasmon resonance. We show that SPR technique can detect index variations associated with optical bistability even for ultrathin films (<10 nm). These results open up serious prospects for the integration of complex spin transition or charge transfer in electronic and photonic devices.
De nos jours, les demandes technologiques en terme de miniaturisation de composants telles que les capteurs, les dispositifs pour l'électronique et l'optique stimulent de plus en plus l'activité scientifique des laboratoires à l'échelle mondiale. A cet effet, les matériaux moléculaires bistables semblent prometteurs dans la perspective de telles applications. L'adressage et la détection de la bistabilité dans ces matériaux à l'échelle nanométrique est une étape incontournable dans la conception de tels dispositifs. Dans ce contexte, ce travail de thèse présente une approche originale, non seulement pour l'adressage des matériaux moléculaires bistables par voie électrique, mais aussi pour la lecture de l'information stockée dans les matériaux moléculaires bistables à l'échelle nanométrique par voie électrique ou optique. A cet effet, nous avons étudié les propriétés de transport des complexes de coordination (RbxMn[Fe(CN)6]y*zH2O, NaxCo[Fe(CN)6]y*zH2O, Co3[W(CN)8]2(pyrimidine)4*6H2O et {Fe(HB(pz)3)2}) et nous avons pu mettre en évidence une commutation entre leurs deux états bistables par l'application d'un champs électrique. Nous avons également étudié théoriquement et expérimentalement la possibilité de détecter cette commutation dans des couches minces à l'aide de la résonance des plasmons de surface. Nous montrons que cette technique peut détecter des variations d'indice optique associées à la bistabilité même pour des couches ultra-minces (<10 nm). Ces résultats ouvrent de sérieuses perspectives pour l'intégration des complexes à transition de spin ou à transfert de charge dans des nano-circuits électriques et dans des dispositifs photoniques dont l'objectif est leurs possibles applications comme mémoire, capteurs ou dispositifs optiques adressables.
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