Soutenance de thèse de BIDOTTI Hugo
Titre de thèse
Synthèse, intégration et caractérisation de diodes moléculaires en monocouches auto-assemblées pour des dispositifs rectennas
Synthesis, integration, and characterization of molecular diodes in self-assembled monolayers for rectenna devices
Résumé de la thèse
L'électronique moléculaire constitue une voie de recherche prometteuse pour le développement de dispositifs électroniques à l'échelle nanométrique, en particulier pour des applications émergentes telles que la conversion d'énergie dans des dispositifs de type rectennas (rectifying antennas). Dans ce contexte, cette thèse a porté sur la conception, l'élaboration et l'étude de diodes moléculaires organisées en monocouches auto-assemblées sur des substrats métalliques conducteurs.
Dans un premier temps, plusieurs familles de molécules organiques (ferrocène, pyrène, fullerène) ont été synthétisées en vue de leur utilisation comme diodes moléculaires. Leur architecture a été pensée de manière à permettre à la fois l'ancrage efficace sur des surfaces métalliques, via des groupements fonctionnels appropriés, et la présence de motifs électroniques favorisant un comportement rectifiant.
Ces entités moléculaires ont ensuite été déposées sous forme de monocouches auto-assemblées (Self-Assembled Monolayers, SAMs), constituant ainsi des films organisés et d'épaisseur contrôlée. L'auto-assemblage a permis d'obtenir des jonctions moléculaires dont la densité et l'organisation structurale ont été étudiées à l'aide de techniques de caractérisation physico-chimique.
Enfin, les propriétés électroniques des jonctions moléculaires obtenues ont été évaluées au moyen de mesures de transport électrique, complétées par des analyses électrochimiques (voltamétrie cyclique) et spectroscopiques. Ces investigations ont permis de mettre en évidence des comportements de rectification caractéristiques, validant l'intégration de ces systèmes dans une approche fonctionnelle.
Ces travaux démontrent la faisabilité de l'élaboration de diodes moléculaires performantes organisées en monocouches auto-assemblées, et apportent des éléments de compréhension quant à leur comportement électronique. Ils ouvrent ainsi la voie à l'intégration de tels dispositifs dans des rectennas moléculaires dédiées à la récupération et à la conversion de l'énergie électromagnétique.
Thesis resume
Molecular electronics represents a promising research avenue for the development of electronic devices at the nanometric scale, particularly for emerging applications such as energy conversion in rectennas (rectifying antennas). In this context, the present thesis focused on the design, fabrication, and investigation of molecular diodes organized as self-assembled monolayers on conductive metallic substrates.
In the first stage, several families of organic molecules were synthesized (ferrocene, pyrene, fullerene) with the aim of serving as molecular diodes. Their molecular architecture was specifically designed to enable both efficient anchoring onto metallic surfaces, through suitable functional groups, and the incorporation of electronic motifs favoring rectifying behavior.
These molecular entities were subsequently deposited as self-assembled monolayers (SAMs), thus forming organized films of controlled thickness. The self-assembly process enabled the preparation of molecular junctions whose density and structural organization were studied using a range of physico-chemical characterization techniques.
Finally, the electronic properties of the resulting molecular junctions were evaluated by means of electrical transport measurements, complemented by electrochemical analyses (cyclic voltammetry) and spectroscopic investigations. These studies revealed characteristic rectification behaviors, thereby confirming the functional integration of these molecular systems.
Overall, this work demonstrates the feasibility of fabricating efficient molecular diodes organized in self-assembled monolayers and provides fundamental insights into their electronic behavior. It thus paves the way for the integration of such devices into molecular rectennas dedicated to electromagnetic energy harvesting and conversion.