Autoorganizzazione e proprietà elettriche di film ultrasottili di molecole coniugate supportati da solidi

Progetto: Research project

Dettagli progetto

Description

Gli studi effettuati recentemente nell’ambito di questo programma di ricerca hanno portato alla determinazione della struttura e delle proprietà di conduzione elettrica di diversi sistemi coniugati supportati da substrati solidi. Oltre a monostrati di tioli aromatici autoassemblati su oro (alcuni di questi hanno mostrato effetti di resistenza differenziale negativa di grande interesse per la realizzazione di commutatori veloci in elettronica molecolare), sono stati investigati film sottili di poli-alcossi-fenilene-tiofene su substrati di ossido di silicio (SiO2). Quest'ultimi quando preparati mediante la tecnica Langmuir-Shaefer, si sono rilevati fra i polimeri con le più alte mobilità riportate in letteratura (5x10-4 cm2/Vs) nell’ambito di transistori organici ad effetto di campo. In base alla correlazione fra i dati di conduzione e lo spessore dei film preparati, è stato possibile ipotizzare che il fenomeno relativo alla modulazione della conduzione per effetto di campo è confinato ai primi strati molecolari sulla superficie del substrato di SiO2 (gate). Allo scopo di migliorare le proprietà di conduzione nei transistori ad effetto di campo, il presente progetto si propone inizialmente di studiare il ruolo della natura chimica del substrato di gate sulla struttura nanoscopica dei primi strati molecolari. Si utilizzeranno principalmente le microscopie a scansione di sonda per l’indagine nanoscopica e metodologie di auto-assemblaggio di monostrati molecolari per la modifica dei gruppi funzionali di superfice del substrato. La tecnica Langmuir-Shaefer permetterà inoltre di preparare film sottili di spessore variabile (1-50 strati molecolari). In una seconda fase, attraverso uno studio combinato fra la struttura del polimero all’interfaccia col substrato e le proprietà di conduzione, il progetto ha come obiettivo quello di investigare i meccanismi alla base dei fenomeni di conduzione ad effetto di campo. Gli studi di correlazione struttura/proprietà-elettriche saranno estesi ad altri sistemi molecolari nonché a film sottili di cluster di carbonio. Oltre ad avere risvolti applicativi nelle nanotecnologie (realizzazione di transistori nanoscopici e sensori molecolari a transistore), questo lavoro di ricerca è inteso alla comprensione di diversi aspetti fondamentali. Così si porrà particolare attenzione alle fenomenologie di crescita delle strutture supramolecolari in due dimensioni e alla comprensione dei fenomeni di trasporto elettrico nei sistemi coniugati. I fenomeni di auto-organizzazione a livello supramolecolare verranno principalmente interpretati sulla base di modelli di termodinamica d’equilibrio e fuori dall’equilibrio.

Layman's description

Questo progetto di ricerca si pone i seguenti principali obiettivi: a) lo studio dei processi di auto-organizzazione di sistemi organici coniugati su substrati solidi di natura chimica differente; b) la correlazione della struttura nanoscopica dei film molecolari di cui al punto (a) con le proprietà di conduzione elettrica. Verranno investigati alcuni sistemi coniugati quali polimeri di poli-alcossi-fenilene-tiofene variamente derivatizzati, molecole aromatiche anisotrope (rodammina, tioli aromatici)e cluster di carbonio. Nel caso dei polialcossitiofeni, gli studi effettuati lo scorso anno nell'ambito del presente progetto hanno dimostrato che la funzionalizzazione del substrato di gate (ossido di silicio termico) con monostrati autoassemblati terminanti con gruppi -CH3 migliora la mobilità nel canale di conduzione di circa due ordini di grandezza. In questo progetto, combinando la tecnica di preparazione Langmuir-Shaefer con le microscopie a scansione di sonda, si vuole studiare la struttura nanoscopica dei film su substrati di diversa natura chimica (ossido di silicio termico variamente funzionalizzato) in funzione del loro spessore. La correlazione della struttura nanoscopica con le proprietà elettriche é volta alla determinazione dello spessore critico e dei meccanismi responsabili del trasporto di carica sotto effetto di campo in transistori organici (configurazione bottom gate – top contacts). D'altra parte, i sistemi di molecole aromatiche e di cluster di carbonio verranno studiati al fine correlare la struttura nanoscopica con le proprietà di trasporto a livello di singola molecola o singolo cluster. Questi sistemi verranno rispettivamente depositati come sub-monostrati su substrati solidi mediante le tecniche di spin coating e cluster beam deposition. La correlazione struttura-prorietà elettriche verrà effettuata localmente attraverso spettroscopia tunnel con lo strumento STM. A tal fine si utilizzeranno substrati di oro e punte STM di platino per minimizzare gli effetti di resistenza elettrica di contatto con i sistemi molecolari. Oltre agli aspetti aspetti fondamentali, tali studi sono rivolti alla realizzazione di dispositivi elettronici (transistori, commutatori) di dimensione molecolare. Metodologie - Trasferimento dei sistemi molecolari su substrati solidi Il processo di trasferimento del sistema molecolare sul substrato solido può determinare la struttura, la morfologia, gli stati di aggregazione, così come l’uniformità di spessore del film. I sistemi molecolari che verranno utilizzati sono solubili in solventi organici volatili e di conseguenza potranno essere trasferiti sui substrati solidi o mediante tecniche di auto-assemblaggio da fase liquida (“spin coating”, “casting”), o mediante tecniche di assemblaggio strato dopo strato, come quelle di Langmuir-Blodgett (LB) e Langmuir-Shäfer (LS). Queste ultime tecniche permettono di ottenere film molecolari di spessore controllato e offrono la possibilità di produrre in modo semplice strutture a multistrati. - Deposizione di sistemi di cluster I cluster di carbonio verranno depositati attraverso ablazione laser utilizzando una sorgente di vaporizzazione pulsata(Nd:YAG laser a 532 nm e 10 Hz) in un flusso pulsato di gas di elio(5 bar). Per l'ablazione si utilizzerà grafite pirolitica altamente orientata. - Caratterizzazione strutturale dei film molecolari I film molecolari supportati da solidi verranno investigati mediante tecniche di indagine di superficie ad alta risoluzione. Per la caratterizzazione della morfologia dei film su scale nanoscopica verranno essenzialmente utilizzate le microscopie a scansione di sonda, quali la microscopia a forza atomica (AFM) e la microscopia ad effetto tunnel (STM). La caratterizzazione chimica delle superfici molecolari verrà effettuata mediante metodologie spettroscopiche di superficie. La Spettroscopia di Fotoelettroni a Raggi X unitame
StatoAttivo
Data di inizio/fine effettiva1/1/05 → …

Fingerprint

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