Projet ANR-06-JCJC-0097 – INESS : Inelastic Spectroscopy Simulations of wetting structures on metals
Programme : Programme "Jeunes chercheuses et jeunes chercheurs" (JCJC) 2006
Année de financement : 2006
Coordinateur du projet : ECOLE NORMALE SUPERIEURE DE LYON (ECOLE NORMALE SUPERIEURE DE LYON)
Partenaires : École normale supérieure de Lyon
Montant : 138000.0 euros
Date de début : 2006
Durée : 36 mois
Résumé : La spectroscopie vibrationnelle sous le microscope à effet tunnel (IETS pour «Inelastic Electron Tunneling Spectroscopy») est une technique récente qui mesure le spectre vibrationnel d'une seule molécule déposée sur une surface conductrice. A partir d'une tension seuil, on peut exciter une vibration moléculaire de l'objet sondé, qui se traduit par un pic dans la dérivée de la conductance par rapport à la tension et la perte d'énergie de l'électron tunnel: c'est le signal vibrationnel inélastique. Cette technique a révolutionné le monde des microscopies à champ proche. Les images élastiques du STM ne renseignaient que sur la corrugation électronique et indirectement sur la structure géométrique de l'échantillon. Les images inélastiques donnent dorénavant une information directe sur la nature chimique de la cible. Ainsi, l'imagerie élastique est en noir et blanc, et la spectromicroscopie inélastique colore ces images, chaque couleur codant pour un groupement fonctionnel actif. Cependant, l'expérience est délicate et son interprétation nécessite l'apport des simulations pour des systèmes moléculaires offrant de nombreux modes de vibration. N. Lorente a mis au point en 2001 la premiere approche ab initio pour l'analyse des signaux IETS. En collaboration avec lui, l'équipe lyonnaise a récemment développé l'imagerie inélastique en vue de développements futurs vers la chimie de surface. Sur l'exemple de la déshydrogénation du benzène sur une surface de cuivre, l'équipe lyonnaise a hissé ce type de simulation au rang de modélisation quantitative pour l'identification d'espèces adsorbées. Au delà de la détection d'adsorbats isolées, la finalité du présent projet est de promouvoir cette méthodologie pour étudier des systèmes moléculaires auto-organisés. Dans ce contexte, ce projet concerne l'organisation des molécules d'eau à la surface des métaux. L'eau, molécule essentielle de la nature continue à soulever des questions fondamentales. L'étude de son interaction avec différents solides comme les métaux est par essence pluridisciplinaire. De manière surprenante cette étude fait encore l'objet d'intenses recherches fondamentales car la structure exacte de l'interface reste controversée aux échelles moléculaires. Notre objectif est de démontrer que seule la technique IETS est capable de sonder les orientations des molécules d'eau au sein d'une monocouche épitaxique sur le métal hexagonal, et ce quelque soit la balance subtile des interactions eau-eau et eau-métal. Ainsi, nous espérons assoir la supériorité de cette technique sur l'imagerie STM pour la développer à plus grande échelle.   Le système choisi est l'interface eau/métal qui malgré son apparente simplicité suscite toujours de nombreux débats dans la communauté scientifique. En effet, aucune technique expérimentale ou de simulation théorique n'est capable à ce jour de positionner précisément les atomes d'hydrogènes de la nappe d'eau et donc de différencier par exemple un nano-mouillage intact d'un nano-mouillage partiellement dissocié. Dans ce projet, nous nous concentrerons sur le système le plus étudié qui correspond à un recouvrement unitaire en eau: la monocouche de glace. De même, deux substrats métalliques de complexité croissante constitueront le fil conducteur de cette étude: le palladium offrant une interaction modérée avec la monocouche et le ruthenium offrant une interaction forte grâce à son épitaxie parfaite avec la glace hexagonale. Sur la base de nos premières connaissances des règles de sélection, nous émettons l'hypothèse que les signaux inélastiques dans la région des élongations O-H permettront de différencier les trois modèles existants de monocouche de glace. Ensuite, nous définirons le lien entre les signaux inélastiques et les liaisons hydrogènes intermoléculaires. Pour cela nous nous intéresserons au régime sub-monocouche (monomère, dimère et hexamère) pour analyser l'évolution (extinction ou amplification) du signal inélastique lors du recouvrement progres