Projet ANR-11-BS08-0006 – MultiSelf : Éléments de mémoires multifonctionnels utilisant des connections supramoléculaires auto assemblées
Programme : Blanc - SIMI 8 - Chimie du solide, colloïdes, physicochimie (Blanc SIMI 8)
Année de financement : 2011
Coordinateur du projet : Monsieur Bernard Doudin (CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE ALSACE)
Partenaires : Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux; Institut Charles Sadron; Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg; Institut Européen des Membranes
Montant : 600000.0 euros
Date de début : 2011
Durée : 42 mois
Résumé : Nouveaux conducteurs organiques supramoléculaires pour l’électronique de spin multi-stimuliL’auto-assemblage d’architectures supramoléculaires est utilisé afin d‘obtenir des conducteurs organiques de type métallique, permettant de tester la possibilité de transfert d’information de spins des porteurs de charges, modifiables au moyen de champ électrique magnétique ou électromagnétique. De nouveaux dispositifs électroniques peuvent ainsi être réalisés.
Vers une nouvelle électronique organiqueL’électronique organique est un domaine d’importance croissante, en particulier pour l’électronique de divertissement et l’électronique faible consommation et faibles couts. Améliorer la conductivité des matériaux, ainsi que l’interface entre matériaux organiques et électrodes métalliques,  sont des enjeux essentiels, clefs pour améliorer les performances et rendement de dispositifs. De nouvelles applications sont également recherchées, en particulier comme éléments de mémoire, ou comme dispositifs autoréparables et s’adaptant au mieux a la connectique métallique. Pour des applications de stockage d’informations, des systèmes moléculaires modifiables par des stimuli externes (par exemple la lumière) sont attractifs. A ce jour, les couches organiques sont faites de polymères ou de petites molécules ordonnées. Des études démarrent sur la recherche d’architectures supramoléculaires permettant de transférer l’information électrique de façon optimale.
Réalisations de dispositifs a base de structures supramoléculaires adressables optiquementSuite à deux récentes découvertes brevetées par le CNRS, nous avons identifié deux candidats  moléculaires prometteurs. Nous utiliserons notre récent savoir-faire de manipulation de nanomatériaux ayant des propriétés de transition de spin, soit de propriétés magnétiques modifiables par la lumière, la pression, ou la température, afin de réaliser des dispositifs optoélectroniques (brevet 1 IPCMS-ICMCB). Un nouveau type de conducteur organique, ayant des propriétés de conduction atteignant celles de métaux a été également identifié (brevet 2 IPCMS-ICS). Nous proposons d’intégrer ces deux matériaux, afin -	de réaliser un espaceur organique permettant de réaliser un dispositif d’électronique de spin, montrant qu’il est possible de  conserver la mémoire du spin des porteurs de charges entre deux électrodes ferromagnétiques-	de réaliser un conducteur organique optimisé ayant des propriétés de transport hystérétiques dépendant d’une excitation lumineuse-	de combiner les deux propriétés afin d’obtenir un dispositif organique multifonctionnel.
Résumé de la soumission : Suite à deux récentes  découvertes brevetées par le CNRS, le but de ce projet est la fabrication  d’un nouveau type de conducteur organique, ayant des propriétés de conduction atteignant celles de métaux, afin de réaliser un dispositif de mémoire permanent électronique qui est multifonctionelle. En premier lieu, nous voulons utiliser une découverte récente d’un conducteur organique montrant des propriétés électriques dépassant celles de polymères conducteurs ou d’assemblages de molécules (brevet UDS-CNRS 1). Nous avons en effet découvert que i) les connections organiques sont faites d’un nouveau type de nanofils moléculaires auto assemblés (STANW) sur la base de molécules de triarylamines qui peuvent connecter deux électrodes métalliques sous un déclenchement au travers d’une illumination, et ii) des propriétés de transport électrique approchant celles de nanotubes de carbones tries, mais beaucoup plus commode a utiliser. Nous proposons de coupler ces STANWs à des composants magnétiques, permettant d’atteindre des états de résistance électriques variables et ayant une hystérèse, permettant donc le stockage d’informations modifiables par différents types d’excitations externes.  Des dispositifs à vanne de spin peuvent être réalisés au moyen d’électrodes magnétiques, dont l’orientation magnétique mutuelle résulte en un contrôle de l’état de mémoire de l’élément, en analogie avec les dispositifs de spintronique.  En second lieu, nous utiliserons notre récent savoir-faire  de manipulation de nanomatériaux ayant des propriétés de transition de spin (SCO), afin de réaliser des dispositifs optoélectroniques (brevet CNRS 2). En utilisant une simple combinaison de materiaux SCO et STANWs, ou en synthétisant de nouveaux composes de triarylamines incluant des sites SCO, nous voulons créer un composant dont l’état de résistance peut être modifie par illumination ou changement de température. Ce projet est une collaboration entre quatre partenaires. La coordination est assurée par le groupe de B. Doudin (P1), qui est internationalement reconnu dans le domaine de la spintronique et des interfaces métal-organiques, qui maitrise les outils de fabrication d’électrodes planaires, jusqu'à des tailles de quelques nanomètres. La synthèse bottom-up de structures supramoléculaires sera effectuée par l'équipe dirigée par N. Giuseppone (P2). Cette équipe est la  pionnière dans la synthèse organiques de molécules de triarylamines permettant l’auto assemblage de STANWs, et a démontré les relations entre sensibilité a la lumière, propriétés d’auto organisation, et propriétés électroniques. L’autre équipe de chimistes est sous la direction de J.F. Letard (P3), spécialiste reconnu de synthèse de matériaux SCO, ou le contrôle de l’état magnétique est obtenu par la lumière et la température. Une équipe complémentaire, sous la direction de M. Barboiu (P4), procurera une expertise dans le domaine de la détermination structurale par rayons X des assemblages supramoléculaires. Cette tache est cruciale pour compléter la compréhension de nos matériaux au moyen de leur caractérisation procurant une résolution atomique.Ce projet interdisciplinaire vise ainsi à réaliser un dispositif de vanne de spin optoélectronique, au moyen de l’auto construction d’ensemble supramoléculaires conducteurs, en piégeant des nanoparticules photo commutables, ou en combinant les deux matériaux, entre deux électrodes magnétiques. Ceci procurera une preuve de principe de la réalisation d’un dispositif fiable de taille sub-micrométrique, apportant de nouvelles fonctionnalités propres à l’électronique organique.
Résultats : Un article majeur a été publié dans le cadre du partenariat IPCMS-ICS. 
Nature Chemistry 4, 485-490 (2012)
Il a été mentionné dans différents organes de publications (Agence France Press, CNRS News, journaux nationaux et locaux).
Cette publication démontre l’existence d’un matériau supramoléculaire très conducteur, ayant des propriétés s’approchant de celles des métaux, permettant de réaliser des interconnections a des emplacements prédéterminés. La propriété de transport électrique la plus notable est la faible résistance d’interface avec les électrodes métalliques (4 ordres de grandeur d’amélioration par rapport aux dispositifs standard).
Perspectives : Les faibles dissipations aux interfaces ouvrent la possibilité d’une intégration de l’électronique organique à l’échelle nano. Ceci permettrait de faire des éléments de mémoires ou des dispositifs multifonctionnels bases sur l’électronique de spin, ce qui reste un défi majeur pour l’électronique actuelle.
Publications et brevets : A ce jour (début +18 mois), cinq articles dans des revues a haut facteur d’impact on été publiés, dont trois en partenariat. La plus notable: 
Light triggered self-construction of supramolecular organic nanowires as metallic interconnects , 
V. Faramarzi, F. Niess,  E. Moulin, M. Maaloum, J.-F. Dayen, J.-B. Beaufrand, S. Zanettini, B. Doudin, N. Giuseppone, Nature Chemistry 4, 485-490 (2012)
Une demande de  dépôt de brevet est en cours.