Cette thèse s'inscrit dans le domaine des Nanosciences. Le manuscrit présente les travaux réalisés dans le but de mieux comprendre les mouvements de rotation et de translation enregistrés au sein de molécules lorsque celles-ci sont manipulées à l'échelle de la molécule unique.
Inspiré du design du moteur moléculaire préparé précédemment dans l'équipe, nous avons tout d'abord étudié la dissymétrisation du rotor (partie supérieure du moteur) par un marqueur azoté pour faciliter le suivi de la rotation du rotor lorsque celle-ci est induite par l'action de la pointe du STM. Le but est d'utiliser ce rotor à cinq pales comme roue crantée, d'en aligner plusieurs comme des trains d'engrenage et d'induire le transfert de rotation d'une molécule à sa voisine.
Nous avons aussi étudié la dissymétrisation du stator (partie inférieure du moteur) par deux groupements biphénylène. Ce fragment a été choisi par analogie au sexiphényle qui peut se déplacer sur une surface dans un mouvement analogue à une reptation, les deux groupements biphénylènes devant permettre à la molécule de se déplacer sur une surface via l'excitation par la pointe STM. Dans cette synthèse, l'intermédiaire bipodal incorporant les biphénylènes a été obtenu, mais la troisième sous-unité indazole n'a pas pu être intégrée pour conduire au tripode dissymétrique.
La dernière partie de cette thèse s'articule autour de la synthèse d'une nouvelle famille de rotors basée sur l'architecture de complexes de type ‘double-decker'. La partie supérieure est constituée d'un ligand porphyrine portant un fragment donneur et un fragment accepteur afin d'obtenir une molécule possédant un dipôle permanent estimé à 8 Debye pour contrôler sa rotation par le champ électrique induit par la pointe STM. Ce rotor est supporté par une naphtalocyanine d'europium afin que le rotor n'interagisse pas avec la surface. Ainsi, un complexe hétéroleptique d'europium a été synthétisé et entièrement caractérisé. Les molécules ont été étudiées à l'état de monocouche sur du Cu(111) à 80 K et à l'échelle de la molécule unique sur de l'Au(111) à 5 K à l'aide d'un STM sous ultra-vide. Des comportements d'interrupteur, de rotation libre ou synchronisée ont pu être mis en évidence en fonction de la tension du courant tunnel. |
The following thesis contributes to the field of Nanosciences. This manuscript reports the work achieved in order to better understand the rotational and translational motions observed in molecules while those are manipulated as a single molecular machines.
Starting from the initial design of the molecular motor previously developed in our group, the first part of this work aimed at dissymmetrization of the rotor (upper rotating part of the motor) by introducing a nitrogen tag with the purpose of being able to visualize the rotation while this latter is induced by the tip of the STM. The obtained rotor bearing five serrated arms will be used so that to align its as a sequence of gears, then actuate the transfer of rotation from one molecule to its neighbors.
We also studied the dissymmetrization of the stator (lower sticking part of the motor) by means of two biphenylene moieties. These fragments were selected to reproduce the behavior of sexiphenyls that can easily move on a surface with the motion analogue to the creep. Therefore, biphenylenes were designed to allow the molecule to drift in a linear way on the surface using the excitation from the STM tip. In this synthesis, we succeeded in the obtaining of the bipodal intermediate bearing two biphenylene groups. To date, the third indazole subunit could not be added to form the desired dissymmetric stator.
The last part of this work consists in the development of a new group of rotors based on the architecture of ‘double deckers'. The upper rotating part is a porphyrine ligand displaying electron donating and withdrawing moieties resulting in a molecular dipole moment with an estimated value of 8 Debye. This unique asset can be used in order to control their rotation by applying an STM tip-induced electric field. This rotor is supported on an europium naphthalocyanine fragment which disables the strong interaction between the rotor and the surface. Thus, an europium heteroleptic double decker was synthetised and fully characterised. Double deckers molecules have been studied as monolayers on Cu(111) at 80 K and as a single molecule on Au(111) at 5 K using an ultra high vacuum STM. Switching as well as free and synchonised rotational behaviors could be evidenced using different values of bias voltage. |