FR2939794A1 - Composes actifs redox organiques a stockage de charges reversible et substrats et dispositifs de memoire moleculaire les comprenant - Google Patents

Abstract

Composé actif rédox organique à stockage de charges réversible, de formule (I) : dans laquelle : - R représente un groupe déconjuguant ; - M représente un fragment actif rédox organique, ne comprenant pas d'ion métallique ou de métal, apte au stockage réversible d'au moins une charge; - T représente un groupement tripode comprenant trois groupes F, aptes à se greffer chimiquement à une surface d'un substrat solide ; - Y représente un groupe espaceur séparant M de T. Substrat sur lequel sont greffés lesdits composés. Dispositif de mémoire moléculaire comprenant un tel composé ou un tel substrat. Appareil électronique comprenant un tel dispositif de mémoire moléculaire.

Description

COMPOSÉS ACTIFS RÉDOX ORGANIQUES À STOCKAGE DE CHARGES RÉVERSIBLE ET SUBSTRATS ET DISPOSITIFS DE MÉMOIRE MOLÉCULAIRE LES COMPRENANT.

DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne des composés actifs rédox organiques à stockage de charges réversible, autrement dit aptes à stocker des charges de manière réversible. La présente invention concerne, en outre, un substrat et un dispositif de mémoire moléculaire comprenant ces composés actifs rédox organiques en tant que molécules aptes à stocker des charges.

Plus précisément, ce substrat est un substrat en un matériau semi-conducteur, à une surface duquel sont greffés chimiquement les composés actifs rédox organiques à stockage de charges réversible. L'invention concerne également un appareil électronique, notamment un appareil électronique portable, comprenant au moins un tel dispositif de mémoire moléculaire. Par dispositif de mémoire, on entend un dispositif apte à recevoir, conserver et/ou restituer 25 des données. Le domaine technique de l'invention peut, de manière générale, être défini comme celui des mémoires non volatiles moléculaires. ÉTAT DE LA TECHNIQUE Les dispositifs de mémoire sont constitués d'éléments de base, les cellules mémoires, destinées à stocker les données. Plusieurs types de mémoires existent, à savoir : - les mémoires vives, également appelées mémoires RAM (correspondant à la terminologie anglaise Random Access Memory qui signifie Mémoire à accès aléatoire ) qui sont des mémoires dites volatiles, car les données qu'elles contiennent sont perdues après quelques secondes, lorsque l'alimentation électrique est coupée et dans lesquelles les données peuvent être écrites, lues ou réécrites autant de fois que nécessaire ; les mémoires mortes, également appelées mémoires ROM (correspondant à la terminologie anglaise Read-on memory signifiant Mémoire à lecture seule ) sont des mémoires programmées par le fabriquant et dites non volatiles, car elles conservent les données qui y sont contenues en l'absence de tension d'alimentation, et dans lesquelles les données sont accessibles seulement en lecture ; les mémoires Flash combinent à la fois les avantages des mémoires vives (en termes d'écriture, lecture et effacement de blocs de données) et ceux des mémoires mortes (en termes de permanence du contenu même hors tension), la dénomination Flash provenant du fait que les opérations d'effacement des mémoires sont très rapides, en raison du fait que ces mémoires sont effaçables par secteur complet, et non par cellule individuelle. 2 Dans la présente nous nous intéressons plus particulièrement aux mémoires non volatiles, mais l'invention s'applique aussi aux mémoires Flash. La technologie des mémoires non volatiles à base de matériaux semi-conducteurs est actuellement confrontée à deux problèmes importants. Le premier concerne la difficulté croissante à réduire la taille de ces dispositifs afin de diminuer leur coût unitaire et augmenter la densité de stockage. Le second concerne la nécessité d'utiliser de fortes tensions de programmation qui sont généralement supérieures à 10 V. Les tensions de fonctionnement idéales devraient se situer en-dessous de 1V. Les mémoires moléculaires, qui sont des dispositifs électroniques hybrides qui utilisent des molécules chimiques comme moyen de stockage réversible de charges électriques, peuvent permettre de résoudre ces deux problèmes. Le principe de ces dispositifs repose sur le stockage de charges au niveau de molécules qui sont généralement des complexes métalliques. Afin de pouvoir stocker une ou plusieurs charges, ces complexes métalliques doivent avoir des propriétés rédox bien définies et exister sous au moins deux états d'oxydation ou états rédox. La molécule présente alors au moins deux états de charges, un de ces états étant l'état effacé , et l'autre, étant l'état écrit . Le passage d'un état à un autre se fait par transfert de charges via un mécanisme de réaction d'oxydoréduction, en appliquant à la molécule une certaine tension de polarisation.

Ces mémoires moléculaires à stockage de charges ont permis de réduire la dimension des dispositifs et d'utiliser des tensions d'alimentation plus faibles. Il a été, par ailleurs, démontré que le taux de transfert de charge peut être ajusté en modulant l'épaisseur de la couche, par exemple de silice, sur laquelle sont greffées les molécules. L'utilisation de composés moléculaires, tels que les métallocènes et les porphyrines en tant que matériau de stockage de charges a déjà été largement décrit dans la littérature. Ainsi le document US-Al-2005/0121660 [1] décrit-il des dispositifs hybrides à mémoires moléculaires comprenant un film de molécules rédox actives qui sont notamment des porphyrines, des métallocènes tels que le ferrocène, des polyènes linéaires et cycliques, des tétrathiafulvalènes, des tétraselenafulvalènes, des complexes de coordination de métaux, etc. Le film peut notamment se présenter sous la forme d'une monocouche auto-assemblée (ou SAM pour Self-Assembled Monolayer ). Rappelons que par auto-assemblage , on désigne la formation spontanée de structures hiérarchiques complexes à partir d'éléments simples. Le phénomène d'auto-assemblage est à la base de la formation des couches SAM, LbL ou de Langmuir-Blodgett. Les forces impliquées dans ce phénomène sont de type supramoléculaires, dont notamment Van der Waals, dipolaires, liaisons hydrogène.

Le document US-B2-6,943,054 [2] décrit le couplage d'une molécule organique, en particulier une molécule rédox active résistant à la chaleur et pourvue d'un groupe d'ancrage, avec la surface d'un semi-conducteur, en mettant la molécule en contact avec la surface et en chauffant la surface à une température d'au moins 200°C, moyennant quoi le groupe d'ancrage forme une liaison covalente avec la surface. Des monocouches de porphyrine sur un substrat de silicium (100) sont notamment préparées. Le document US-B2-7,324,385 [3] concerne des mémoires moléculaires comprenant une couche mince de molécules de stockage de charges qui sont des complexes macrocycliques d'ions métalliques. Cette couche mince peut notamment se présenter sous la forme d'une monocouche auto-assemblée (ou SAM pour Self- Assembled Monolayer). Les groupes d'ancrage permettant l'immobilisation du fragment actif rédox à la surface de l'électrode peuvent être liés à cette surface par l'intermédiaire d'un seul groupement -et l'on parlera alors d'une immobilisation ou fixation monopode -, ou par l'intermédiaire de plusieurs groupements -et l'on parlera alors d'une immobilisation ou fixation polypode ou multipode par exemple tripode-. Le document US-Al-2005/0243597 [4] concerne un dispositif pour la fabrication de mémoires moléculaires dans lequel une solution des molécules actives de stockage est appliquée à la surface d'un substrat notamment de façon à former une monocouche auto-assemblée (ou SAM pour Self-Assembled Monolayer).

La formation des monocouches sur silicium repose sur la création de liaison covalente de type Si-C entre le substrat et la molécule. La réaction permettant de générer ce type de liaison est connue sous le nom d'hydrosylilation et elle a été étudiée très intensivement dans la littérature.

Cependant la plupart des articles, brevets et demandes de brevet qui traitent de l'attachement, immobilisation, fixation de molécules sur des surfaces de silicium concernent des molécules comportant une seule fonction d'ancrage. On pourra, à cet égard, se référer aux documents [1] à [4] déjà cités plus haut ainsi qu'aux documents suivants : G.F. Cerofolini, G.Arena, C.M. Camalleri, C. Galati, S. Reina, L. Renna, D. Mascolo, "A hybrid approach to nanoelectronics". Nanotechnology 16 (2005), 1040-1047 [5]; J. M. Buriak, "Organometallic chemistry on silicon surfaces: formation of functional monolayers bound through Si-C bonds" Chem. Commun. 1999, 1051-1060 [6]; T. Strother, R.J. Hamers, L.M. Smith, "Covalent attachment of oligodeoxyribonucleotides to amine-modified Si(001) surfaces", Nucleic Acids Research, 2000, 28 (18), 3535- 3541 [7]. L'utilisation de plusieurs fonctions d'ancrage identiques pour le greffage de molécules actives rédox sur des surfaces de silicium a été récemment reportée. Ainsi, le document de Z. Liu et al. Synthesis of porphyrins bearing hydrocarbon tethers and facile covalent attachment to Si (100) , J. Org. Chem. 2004, vol. 69, 5568-5577 [8] décrit-il l'immobilisation de 17 porphyrines différentes à des surfaces de Si(100) par l'intermédiaire de liaisons carbosilanes. Parmi ces porphyrines, trois d'entre elles portent deux groupes fonctionnels identiques (halogèno ou vinyle) à deux sites béta permettent ainsi une fixation par deux points à la surface du silicium.

Le document de K. Padmaja et al., A compact ail carbon tripodal tether affords high coverage of porphyrins on silicon surfaces , J. Org. Chem. 2005, vol. 70, N°20, 7972-7978. [9] décrit des molécules actives rédox constituées par les chélates de zinc, de nickel et de cobalt d'une molécule comportant en tant que groupe d'ancrage un tripode triallyle relié par l'intermédiaire d'un motif p-phénylène à une porphyrine. Des monocouches de ces molécules sur des 15 surfaces de substrats en silicium (100) ont été préparées. On a vu que des molécules rédox multipode sont aussi décrites dans le document [3] déjà cité plus haut. 20 Le document de S. Katano, Y. Kim, H. Matsubara, T. Kitagawa, M. Kawai, Hierarchical chiral framework based on a rigid adamantane tripod on Au(111) , J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 2511-2515 [10], indique que l'adsorption de molécules de bromo 25 adamantane trithiol (GATT) en forme de tripodes sur de l'or (111) conduit à la formation de monocouches autoassemblées ( SAM s) avec trois points de contact sur l'or. Les principales raisons qui justifient 30 l'utilisation de molécules actives rédox multipodes pour le greffage sur les surfaces sont notamment les suivantes : - l'utilisation de plusieurs ancrages pour une molécule devrait permettre d'obtenir des couches plus robustes, en particulier thermiquement ; - la symétrie de la molécule donne une meilleure densité de greffage sur la surface et conduit à une monocouche mieux organisée. Cependant, les molécules multipodes et notamment tripodes mentionnées dans la littérature comprennent majoritairement des ions métalliques, ce qui présente de nombreux inconvénients notamment en termes de pollution, de coût élevé, et de masse. Il existe donc un besoin pour des molécules actives rédox à stockage de charges qui ne comportent pas d'ions métalliques. Ces molécules actives rédox doivent, en outre, présenter une stabilité électrique, c'est-à-dire en d'autres termes, une rétention de la charge une fois stockée et des états rédox stables. Ces molécules actives rédox doivent aussi présenter une stabilité chimique, c'est-à-dire qu'elles ne doivent pas subir, dans les conditions d'utilisation, de réactions chimiques conduisant à leur dégradation ou à la formation de produits secondaires indésirables. Ces molécules actives rédox doivent enfin avoir des états d'oxydation clairement distincts ainsi que des potentiels de transfert de charges faibles.

Le but de la présente invention est de fournir des molécules, composés actifs rédox organiques à stockage de charges réversible, aptes à stocker des charges de manière réversible, qui répondent entre autres aux besoins énumérés ci-dessus, et qui satisfont aux critères et exigences mentionnées plus haut.

Le but de la présente invention est encore de fournir des molécules, composés actifs rédox organiques à stockage de charges réversible qui ne présentent pas les inconvénients, défauts, limitations et désavantages des molécules, composés actifs rédox organiques à stockage de charges de l'art antérieur et qui résolvent les problèmes posés par ces composés. EXPOSÉ DE L'INVENTION Ce but, et d'autres encore, sont atteints, 15 conformément à l'invention par un composé actif rédox organique à stockage de charges réversible de formule (I) : RùM-Y-T (I)

20 dans laquelle : R représente un groupe déconjuguant ; M représente un fragment actif rédox organique, ne comprenant pas d'ion métallique ou de métal, apte au stockage réversible d'au moins une 25 charge; T représente un groupement tripode comprenant trois groupes F, liés à un même atome, et aptes à se greffer chimiquement, de préférence de manière covalente, à une surface d'un substrat solide ; Y représente un groupe espaceur déconjuguant, isolant électriquement, le fragment actif rédox organique M du groupement tripode T.

Le substrat peut être en un matériau métallique, en un matériau isolant, ou en un matériau semi-conducteur, ou en deux ou plus parmi ces matériaux. En conséquence, la surface du substrat peut être semi-conductrice, isolante, ou métallique.

Les composés actifs rédox organiques à stockage de charges réversible de formule (I) selon l'invention sont des composés nouveaux qui n'ont jamais été décrits dans l'art antérieur et qui se différencient fondamentalement des composés actifs rédox organiques de l'art antérieur. Les composés de formule (I) selon l'invention présentent une structure spécifique totalement nouvelle comprenant à la fois, associés dans la même structure, les quatre éléments essentiels R, M, T et Y suivants: un groupement tripode T comprenant trois groupes F, liés à un même atome, et aptes à se greffer chimiquement, de préférence de manière covalente, à une surface d'un substrat. Ces groupes F peuvent aussi être appelés fonctions ou groupes d'ancrage. Du fait de la présence de ce groupement tripode, le composé, la molécule selon l'invention présente tous les avantages typiquement associés à ce type de groupements mentionnés plus haut, ainsi que dans le document [9], notamment en termes de robustesse des couches obtenues, de stabilité, de densité de greffage élevée et donc de lecture fiable, et de meilleure organisation de la couche de molécules déposée sur la substrat; - un groupe espaceur Y qui porte ledit groupement tripode T qui sépare et, avantageusement, isole électriquement le fragment actif rédox organique M du groupement tripode T et qui permet de contrôler le transfert des charges du substrat, par exemple en silicium, vers le fragment actif rédox organique M ; un fragment actif rédox organique M qui permet le stockage réversible d'au moins une charge. Conformément à l'invention, ce fragment actif rédox est un fragment organique, qui ne comprend pas d'entité métallique susceptible de stocker une charge, qui est exempt d'ion métallique ou de métal. De ce fait, un des inconvénients principaux des composés de l'art antérieur tels que les porphyrines ou métallocènes qui était précisément la présence d'ions métalliques et de métaux, est surmonté. Les composés selon l'invention sont des composés entièrement organiques sans entités métalliques susceptibles de stocker une charge, exempts d'ions métalliques (dans leur structure) ou de métaux, il en découle de nombreux avantages parmi lesquels on peut citer la réduction de la pollution par les sels de métaux ou les métaux aussi bien lors de la fabrication des dispositifs à mémoire moléculaire que lors de leur rejet, la réduction du coût de ces dispositifs, et la réduction de la masse totale des dispositifs. un groupe déconjuguant R qui permet de contrôler, moduler, maîtriser l'injection de charge dans le fragment actif rédox organique M, et donc de contrôler, moduler, maîtriser les potentiels de transfert de charges entre le fragment M et le substrat. Le groupe R peut être facilement modifié, modulé, il s'agit de préférence d'un groupe isolant électriquement.

En faisant varier la longueur de ce groupe constitué par exemple par une chaîne alkyle et/ou son encombrement, on peut aisément contrôler l'injection de charges. A priori plus la chaîne est longue et encombrante, plus elle sera isolante et plus l'injection de charges sera difficile. De manière étonnante, les inventeurs ont associé dans une même molécule un groupe déconjuguant, de préférence un groupe isolant électriquement R et un fragment actif rédox organique M, ce qui assure le contrôle de l'injection des charges. D'autre part, le groupe espaceur Y permet de contrôler le transfert des charges depuis le substrat. La circulation des charges depuis et vers le fragment M, et depuis et vers le substrat est donc parfaitement maîtrisée dans les composés selon l'invention. En outre, de manière totalement surprenante, les composés selon l'invention dans leur partie consacrée au stockage de charges (M) ne comportent pas d'entité métallique susceptible de stocker une charge, ne comprennent pas d'ions métalliques ou de métaux et présentent pourtant des propriétés de stabilité électrique et chimiques excellentes. Les composés selon l'invention répondent aux exigences et critères mentionnés plus haut.

De plus, les états d'oxydation des composés selon l'invention sont clairement distincts. Le potentiel de transfert de charges des composés selon l'invention est faible, par exemple de -5 à +5 Volts et, comme on l'a déjà mentionné plus haut, peut se trouver encore réduit par exemple jusqu'à -2 Volts dans le cas de groupes R longs et/ou encombrant, notamment de groupes R contenant des chaînes carbonées, en particulier des longues chaînes carbonées par exemple de 6 à 16 atomes de carbone, notamment de 8 à 12 atomes de carbone. En conséquence, l'utilisation des molécules rédox selon l'invention dans des dispositifs mémoires permet de réduire considérablement la consommation énergétique de ces dispositifs mémoires.

En conclusion, les composés selon l'invention répondent entre autres aux besoins énumérés plus haut, résolvent les problèmes qui étaient présentés par les composés de l'art antérieur, et ne présentent pas les inconvénients de ces composés de l'art antérieur tout en présentant tous les avantages de ces composés. Avant de décrire l'invention de manière plus détaillée, nous précisons les définitions suivantes .

Par substrat en un matériau métallique, on entend un substrat en un matériau solide choisi parmi les métaux, les alliages métalliques connus de l'homme du métier tels que les métaux nobles, notamment Ag, Au, Pt, Pd, les métaux de transition, comme Cu ou Ni, et les alliages comprenant ces métaux ; Par substrat en un matériau isolant, on entend un substrat en un matériau solide choisi parmi les matériaux isolants comme les oxydes tels que SiO2, TiO2, ZrO ; Par substrat en un matériau semi- conducteur, on entend un substrat en un matériau solide choisi parmi les matériaux semi-conducteurs connus de l'homme du métier tels que le silicium, le germanium, le SiGe, le ZnS, le ZnSe, le ZnTe, le CdS, le CdSe, le CdTe, le MgS, le MgSe, le MgTe, le CaS, le CaSe, le CaTe, le SrS, le SrSe, le SrTe, le BaS, le BaSe, le BaTe, le GaN, le GAP, le GaAs, le GaSb, le InP, le InAs, le InSb, le AIS, le AlP, le AlSb, le PbS, le PbSe. Les matériaux semi-conducteurs préférés sont le silicium, le germanium, le gallium et leurs dérivés, éventuellement dopés par exemple au bore, ou au phosphore. L'orientation cristalline du substrat peut varier. Ainsi, dans le cas du silicium, celui-ci pourra avoir une orientation cristalline (100) ou (111), qu'il soit intrinsèque ou dopé. Le substrat peut être en un seul matériau ou bien en un mélange de deux matériaux ou plus. Bien que cela ne soit par toujours nécessaire, la surface du substrat, en particulier en silicium, peut être nettoyée avant son utilisation, avant greffage des composés selon l'invention en mettant en œuvre des procédures standard de nettoyage et/ou de décapage. Ainsi par exemple, la surface, notamment en silicium, peut être nettoyée dans un ou plusieurs parmi les solvants suivants utilisés simultanément ou successivement : acétone, toluène, éthanol et eau puis décapée à l'aide d'une solution classique de nettoyage des plaquettes ( wafers ) tel qu'un mélange d'acide sulfurique et de péroxyde d'hydrogène par exemple dans des proportions en volume de 3/1. On peut par exemple immerger la surface pendant une durée généralement de 1 à 5 minutes dans ce mélange, puis la rincer abondamment à l'eau désionisée et la sécher par exemple sous un flux d'argon. Le traitement par ce mélange d' H2SO4 et d'H2O2 permet de décaper la surface par exemple en silicium et d'éliminer toute trace de résidu organique avant le greffage.

Dans certains cas et notamment dans le cas du silicium, des oxydes peuvent être éliminés de la surface du substrat et la surface peut être ensuite hydrogénée (passivée à l'hydrogène). En effet, dans le cas de surfaces en silicium, une couche d'oxyde natif SiO2, généralement de faible épaisseur, par exemple environ 2 nm, se forme spontanément à l'air et il est recommandé de l'éliminer avant de greffer les composés selon l'invention. Cette couche d'oxyde peut être éliminée par décapage par exemple à l'aide d'une solution d'acide fluorhydrique à 1%. La surface peut ainsi être immergée dans la solution de HF pendant une durée par exemple de 1 minute, puis séchée. L'hydrogénation de la surface, autrement dit sa passivation par de l'hydrogène, peut être réalisée par tout procédé courant connu de l'homme du métier, par exemple en mettant en contact la surface à passiver avec une solution de fluorure d'ammonium. On précise également que ce substrat peut se présenter sous une forme quelconque, par exemple d'un bloc (ou d'une pièce), ou d'un revêtement, par exemple d'une épaisseur de 10 nm à 100 m. La surface à laquelle sont greffés les composés de formule (I) selon l'invention est de préférence une surface plane. - Par composé, molécule ou fragment actif(ve) rédox ou rédox actif(ve) , on entend généralement que ce composé, cette molécule ou ce fragment peuvent être oxydés ou réduits en leur appliquant une tension adéquate ; - Par groupe isolant électriquement, on entend généralement que ce groupe limite ou empêche totalement ou en partie le transfert, le transport des charges électriques, et régule, module, contrôle quantitativement ce transport, transfert ; - Par groupe déconjuguant, on entend généralement que ce groupe réalise une rupture de la conjugaison par rupture du recouvrement des orbitales pi ; Par groupement tripode au sens de 30 l'invention, on entend que ce groupement comprend trois groupes F, liés à un seul et même atome tel qu'un atome 25 de carbone ou de silicium, ces trois groupes F étant de préférence identiques, et étant de préférence des groupes allyles ; Par greffage chimique, on entend, dans ce qui précède et ce qui suit, une immobilisation du ou des composés de formule (I) susmentionnés sur le substrat par le biais d'une liaison chimique avantageusement covalente, voire iono-covalente. On précise que cette immobilisation se fait à la surface du substrat. Il est bien entendu que le greffage chimique n'exclut pas l'existence d'interactions simples, physiques telles que des interactions dites de Van der Waals ou des interactions de type de liaisons hydrogène entre les composés susmentionnés de formule (I) et le substrat susmentionné. Par groupe F apte à se greffer chimiquement audit substrat, on entend des groupes réagissant avec les groupes réactifs présents à la surface du substrat, avantageusement en matériau semi-conducteur, tels que des groupes silanes Si-H dans le cas d'un substrat en silicium hydrogéné. Par groupe espaceur, on entend généralement un motif constitué par au moins un atome, séparant deux entités fonctionnelles. Le groupe R représente un groupe, déconjuguant, de préférence isolant électriquement. Avantageusement, le groupe R est choisi parmi l'hydrogène ; les groupes alkyle ; les groupes 30 alcoxy ; les hétérocycles ; les groupes aryle.

De préférence, le groupe R est un groupe noctyle ou un groupe n-dodécyle. Dans la présente description, le terme alkyle, utilisé pour les radicaux, groupes, alkyle, ainsi que pour les groupements, radicaux, groupes fragments, comportant une partie alkyle, signifie, sauf indication différente, une chaîne carbonée, linéaire ou ramifiée, ou cyclique, saturée, comportant de 1 à 30 atomes de carbone, de préférence de 1 à 24 atomes de carbone, de préférence encore de 1 à 16, mieux de 1 à 8, mieux encore de 1 à 4, pouvant être éventuellement substituée par un ou plusieurs groupes identiques ou différents, choisi(s) généralement parmi les atomes d'halogène, tel le chlore, le brome, l'iode et le fluor ; les hétérocycles ; les radicaux aryle éventuellement substitués ; hydroxyle ; alcoxy ; amino ; acyle en C2-C8 ; carboxamido ; -CO2H alcoxycarboxyle, carboxyamino, -SO3H ; -PO3H2 ; -PO4H2 -NHSO3H ; sulfonamide ; cyano ; monoalkylamino trialkylammonium ; ou bien encore par un radical dialkylamino. Dans le cas où le radical alkyle est un radical linéaire ou ramifié, un ou plusieurs atomes de carbone du radical peuvent être remplacés par un ou plusieurs groupements carbonyle et/ou un ou plusieurs hétéroatomes choisis parmi les atomes d'azote, d'oxygène et de soufre. Dans le cas où le radical alkyle est un radical cyclique, il a généralement de 3 à 30 atomes de carbone, de préférence de 4 à 16 atomes de carbone, mieux de 4 à 8 atomes de carbone, mieux encore de 5 à 7 atomes de carbone et ne comprend pas de double liaison carbone-carbone, et un ou plusieurs atomes de carbone du radical cyclique peuvent être remplacés par un ou plusieurs groupements carbonyle.

De même, selon l'invention, le terme alcoxy utilisé pour les radicaux alcoxy ainsi que pour les groupements comportant une partie alcoxy, signifie, sauf indication différente, une chaîne 0-alkyle, le terme alkyle ayant la signification indiquée ci-dessus.

Selon l'invention, on entend par hétérocycle, un cycle, saturé ou non, aromatique ou non contenant 5 à 12 chaînons, de préférence de 5 à 7 chaînons, et de préférence de 1 à 3 hétéroatomes choisis parmi les atomes d'azote, de soufre et d'oxygène. Ces hétérocycles peuvent être condensés sur d'autres hétérocycles, ou sur d'autres cycles notamment aromatiques tels qu'un groupement phényle. Ces hétérocycles peuvent, en outre, être quaternisés notamment par un radical alkyle.

Parmi les hétérocycles, condensés ou non, on peut notamment citer à titre d'exemple les cycles : thiophène, benzothiophène, furane, benzofurane, indole, indoline, carbazole, pyridine, déhydroquinoléine, chromone, julodinine, thiadiazole, triazole, isoxazole, oxazole, thiazole, isothiazole, imidazole, pyrrazole, thiazine, thiazine, pyrazine, pyridazine, pyrimidine, diazépine, oxazépine, benzotriazole, benzoxazole, benzimidazole, benzotriazole, morpholine, pipéridine, pipérazine, azétidine, pyrrolidine, aziridine, pyrrole, pipéridine.

Selon l'invention, il est précisé qu'un hétérocycle peut éventuellement être substitué. Dans ce cas, il porte un ou plusieurs substituants, identiques ou non, choisi(s) généralement parmi les radicaux alkyle éventuellement substitués, linéaires ou ramifiés en C1-C16, de préférence en C1-Clo, carboxy, alcoxycarbonyle linéaires ou ramifiés dont l'alcoxy est en C1-C16, de préférence en C1-Clo, amino, aminoalkyle ou aminoalkyl carbamoyle (H2N-alkyle-NH-CO-), dans lequel la partie alkyle est linéaire ou ramifiée en C1-C16, de préférence en C1-C10. Selon l'invention, un ou plusieurs des atomes de carbone des groupements hétérocycliques peuvent être remplacés par un ou plusieurs groupements carbonyle. Selon l'invention, on entend par aryle, sauf spécifié autrement, un système conjugué cyclique possédant un caractère aromatique en C6 à C30 pouvant être substitué par un ou plusieurs groupements identiques ou différents, choisis parmi les atomes d'halogène ; les radicaux alkyles linéaires ou ramifiés en C1 à 016r de préférence en C1 à Cu ; les radicaux alcoxy linéaires ou ramifiés en C1 à C16r de préférence en C1-Clo ; les radicaux aryloxy éventuellement substitués ; mésyle (CH3-SO2-) ; cyano ; carboxamido ; -CO2H ; sulfo (SO3H) ; -P03H2 ; -PO4H2 ; hydroxyle ; amino ; amino mono ou disubstitué tel que monoalkyl (C1-C4) amino ou dialkyl (C1-C4) amino. On entend aussi par aryle au sens de l'invention, un radical notamment un radical divalent tel qu'un radical biphényle, comprenant plusieurs radicaux aryles tels que définis plus haut reliés par une simple liaison ou par une chaîne alkyle. De préférence, le groupe aryle est un groupe phényle ou un groupe naphtyle pouvant être substitué comme indiqué ci-dessus. Le fragment actif rédox organique M est avantageusement choisi parmi les fragments comprenant des groupes polycycliques à conjugaison pi tels que le naphtalène, le phénanthrène, l'anthracène, le tétracène ou le coronène. Le fragment M doit permettre le stockage réversible d'au moins une charge, mais avantageusement le système rédox de ce fragment doit posséder des états rédox multiples et accessibles et permettre de stocker plusieurs charges, par exemple de 2 à 4 charges. De préférence le fragment actif rédox organique M répond aux formules (IIA), (IIB), (IIC), (IID) ou (IIIE) suivantes : (IIB) 5 10 (IIC) (IID) (IIE)

dans lesquelles n est un nombre entier pouvant prendre toutes les valeurs de 0 à 6, telles que 0, 1 , 2, 3.

Dans le cas où n est égal à 0 dans la formule (IIA), le fragment M est un fragment naphtalène tétracarboxydiimide. Dans les formules (IIB) et (IIC), le naphtalène entre crochet dans la formule (IA) est remplacé respectivement par l'anthracène et le tétracène. Dans les formules (IID) et (IIE), le fragment actif rédox organique M est basé sur le coronène et le phénantrène. Le fragment M peut en outre être éventuellement substitué par un ou plusieurs groupes électrodonneurs ou électroaccepteurs pour moduler les niveaux d'oxydation et de réduction.

Le ou les groupes électrodonneurs peuvent notamment être choisis parmi les groupes alkyles, les groupes alcoxy, les amines. Le ou les groupes électroaccepteurs peuvent notamment être choisis parmi les halogènes, les 20 carbonyles, la fonction nitrile. Avantageusement, le groupe espaceur Y est isolant électriquement, il est généralement choisi parmi les groupes divalents correspondant aux groupes monovalents cités pour le groupe R, à savoir les 25 groupes alkyles divalents (alkylène) ; les groupes alcoxy divalents ; les hétérocycles (aromatiques ou non ou aromatiques) divalents ; et les groupes aryles divalents. Des groupes préférés pour Y sont le groupe 30 phénylène et le groupe diphénylène.

Avantageusement, les groupes F aptes à se lier chimiquement, de préférence par covalence à une surface d'un substrat en un matériau, de préférence semi-conducteur sont typiquement choisis parmi les fonctions, groupes, hydroxyle, mercapto, sélényle, telluryle, cyano, isocyano, carboxyle, amino, dihydroxyphosphoryle, dithio, dithiocarboxyle, diazonium, halogèno, alcènyle tel qu'un groupe allyle, alcynyle, alcoxyle, silyle, phosphate-phosphonate ; et les chaînes carbonées, de préférence de 1 à 5 atomes de carbones, avantageusement 3 atomes de carbone, comportant une ou plusieurs fonctions, groupes choisis parmi les fonctions, groupes, hydroxyle, mercapto, sélényle, telluryle, cyano, isocyano, carboxyle, amino, dihydroxyphosphoryle, dithio, dithiocarboxyle, diazonium, halogèno, alcènyle tel qu'un groupe allyle, alcynyle, alcoxyle, silyle, phosphate-phosphonate. Le groupe F préféré est le groupe allyle. Avantageusement, le groupement tripode est un groupement 4-allylhepta-1,6-dièn-4-yle de formule - C-(-CH2-CH=CH2)3r ou un groupement tripode de formule Si- (-CH2-CH=CH2) 3. Le composé selon l'invention peut avantageusement répondre à la formule (IIIA), (IIIB), (IIIC), (IIID), ou (111E) suivante : 25 R2 10 (IIIA) R2 R- 15 R2 26 R2 r R2 R dans lesquelles R, n, et Y ont déjà été définis plus haut, et R2 représente un hydrogène ou un groupe électrodonneur ou électroattracteur. Des composés préférés selon l'invention sont les composés suivants . - N-[4-(4-Allylhepta-1,6-dien-4-yl) phényl]-1, 4, 5, 8-naphthalènetetracarboxydiimide ; - N-[4-(4-Allylhepta-1,6-dien-4-yl) phényl]-N'-n-octyl-1, 4, 5, 8-naphthalènetetracarboxydiimide - N-[4-(4-Allylhepta-1,6-dien-4-yl) phényl]-N'-n-dodécyl-1, 4, 5, 8-naphthalènetetracarboxydiimide. Les formules développées de ces composés sont données ci-après : 15 N-[4-(4-Allylhepta-1,6-Bien-4-yl) N-[4-(4-Allylhepta-1,en-4-yl) phënylj-N'-n-octyl-1, 4, 5,8- phènyl]-1, 4, 5,8- naphthalénetetracarboxydiimide naphthalènetetracarboxydiimide 2H25 N-[4-(4-Allylhepta-1,6-Bien-4-yl) ph ényl]- N'-n-dociécyl-1,4,5,8- n aphth alènetetra carboxydiimicie Les composés selon l'invention peuvent être généralement préparés par couplage à partir d'un premier précurseur, comportant un fragment actif redox tel que préalablement défini ainsi qu'un groupement déconjuguant R, et d'un second précurseur comportant un groupe tripode, pouvant être préalablement lié au substrat, ainsi qu'un groupe espaceur Y, tel que préalablement défini. Ces précurseurs sont dénommés communément précurseurs du composé (1).

Le premier précurseur ou entité et le second précurseur ou entité comportent avantageusement des fonctions complémentaires susceptibles de conduire à la formation d'une liaison covalente entre les deux précurseurs, les deux entités, lorsqu'elles sont

placées dans des conditions adaptées, 28 préférentiellement douces et non déstabilisantes pour les autres fonctions présentes sur les précurseurs, entités. Si nécessaire, il est bien entendu possible 5 de protéger les fonctions organiques les plus sensibles selon les modalités les plus courantes de la chimie organique. Pour ce qui concerne la protection des fonctions organiques, on pourra se reporter à l'ouvrage 10 suivant : Protective Groups in Organic Synthesis , Theodora W. Greene, Peter G. M. Wuts, ed. Wiley- Interscience, 3'd edition, 1999 [11]. Il est préférable que les fonctions permettant le couplage soient localisées sur le 15 fragment redox, pour le premier précurseur, et sur le groupe espaceur Y, pour le second précurseur. A titre d'exemple de réaction de couplage, il est par exemple possible de citer les réactions de condensation, qui peuvent par exemple conduire à des 20 liaisons ester ou imide. En effet, celle-ci est typiquement réalisée par simple chauffage. A ce titre, on pourra notamment se référer aux exemples. Il est bien entendu possible d'employer d'autres réactions de couplages, celles-ci seront 25 adaptées en fonction du type de précurseur que l'homme du métier a à sa disposition. L'invention concerne aussi un substrat, de préférence en un matériau semi-conducteur, à une surface duquel sont greffés par covalence des composés 30 actifs rédox organiques aptes à stocker des charges de formule (I) selon l'invention tels que définis plus haut. Ce substrat peut être défini comme étant un substrat en un matériau hybride organique (le composé de formule (I)) / inorganique (le matériau solide par exemple semi-conducteur, isolant, ou métallique du substrat). Ce matériau est nouveau et présente des propriétés avantageuses, dues pour l'essentiel au composé de formule (I), qui ont déjà été décrites plus haut. Le substrat et le matériau, de préférence semi-conducteur, le constituant ont déjà été définis plus haut.

On rappelle que le substrat, comme cela a été mentionné plus haut, peut être un substrat ayant éventuellement subi des traitements de nettoyage et/ou décapage et/ou élimination d'oxydes de surface, et d'hydrogénation.

Pour obtenir le greffage du composé de formule (I) selon l'invention à / sur une surface du substrat, de préférence semi-conducteur, différentes techniques peuvent être envisagées, en particulier les techniques par voie liquide, c'est-à-dire les techniques d'imprégnation du substrat susmentionné avec une solution organique comprenant le ou les composés de formule (I) ou bien ses(leurs) précurseurs tels que définis ci-dessus. Ainsi, le greffage chimique à la surface du substrat en un matériau, de préférence semi- conducteur, peut s'effectuer par l'une des techniques d'imprégnation suivantes : - le trempage-retrait (connu sous la terminologie anglaise dip-coating ) ; - l'enduction centrifuge (connue sous la terminologie anglaise spin-coating ) ; - l'enduction laminaire (connue sous la terminologie anglaise laminar-flow-coating ) ; - la pulvérisation (connue sous la terminologie anglaise spray-coating ) ; - l'épandage (connu sous la terminologie anglaise soak coating ) ; l'enduction au rouleau (connue sous la terminologie roll to roll process ) ; - l'enduction au pinceau (connue sous la terminologie anglaise painting coating ) ; - la sérigraphie (connue sous la terminologie anglaise screen printing ). Cette opération est généralement suivie d'une étape permettant la réaction entre la surface, par exemple en silicium, et le tripode, par exemple un groupe tripode comportant des groupes F de type allyle. Comme indiqué dans les exemples, il peut s'agir d'une étape de chauffage, par exemple vers 180°C, permettant de créer les liaisons covalentes entre la molécule et la surface.

La réaction mise en oeuvre dans cette étape peut être de nature variée et peut notamment être photoassistée. Selon une modalité particulière l'étape de préparation du composé (I) à partir de ses précurseurs, par couplage, et la réaction de greffage entre la surface du substrat et le groupe tripode sont réalisées au même moment. Il est préférable dans ce cas que les conditions de couplage et de greffage mises en oeuvre soient compatibles. Ces différentes techniques (imprégnation puis réaction) sont en général mises en oeuvre pendant une durée appropriée, de manière à permettre un contact optimum du substrat avec la solution organique comprenant le ou les composés (I) ou ses(leurs) précurseurs, de façon à ce que le substrat soit imprégné totalement sur sa surface et à ce que les composés puissent réagir à la surface. Par exemple, cette durée pourra être de 1 à 48 heures, par exemple de 16 heures. La réaction pourra être suivie par des moyens spectroscopiques adaptés comme la spectroscopie infrarouge ou la spectrométrie photoélectronique X (XPS). Le solvant de ladite solution peut être facilement choisi par l'homme du métier. Ce solvant pourra par exemple être choisi parmi le THF, les alcools aliphatiques de 1 à 8C tels que le méthanol et l'éthanol, les solvants halogénés, les solvants aromatiques, et leurs mélanges. La concentration du composé (I) ou de ses précurseurs, dans ladite solution peut être facilement déterminée par l'homme du métier, elle est généralement de 10-3 à 1 M. Lorsque la température à laquelle est réalisée l'imprégnation peut être, de même, facilement déterminée par l'homme du métier, elle est généralement de 20°C à 80°C, de préférence cette imprégnation est réalisée à la température ambiante. Un procédé préféré pour réaliser le greffage des molécules (I) selon l'invention notamment dans le cas d'une surface en silicium préalablement nettoyée, décapée, dont la couche d'oxyde natif a été éliminée, et qui a été hydrogénée comme décrit ci-dessus, est un procédé mettant en jeu une réaction d'hydrosylilation thermique. Des surfaces de silicium de différentes cristallinités peuvent être utilisées. Un tel procédé est décrit notamment dans le document de A. B. Sieval, A.L. Demirel, J. W. M. Nissink,, M. R. Linford,, J. H. van Der Mass, W. H. de Jeu, , H. Zuilhof, E. J. R. Sudholter, "Highly stable Si-C linked functionalized monolayers on the silicon (100) surface Langmuir, 1998, 14(7), 1759 [12] à la description duquel on pourra se reporter. L'hydrosylilation thermique peut être ainsi réalisée en plaçant les substrats de silicium fraîchement décapés et hydrogénés dans une solution de mésitylène contenant la molécule de formule (I) selon l'invention puis en chauffant à reflux par exemple pendant 2 heures. La réaction est généralement effectuée sous une atmosphère inerte, par exemple une atmosphère d'argon. Après cette étape de greffage ou fonctionnalisation, le procédé de préparation du substrat en matériau hybride inorganique-organique selon l'invention peut comprendre une étape de traitement destinée à éliminer les résidus de la réaction de greffage ainsi que les espèces n'ayant pas réagi. Ce traitement peut consister en un rinçage du matériau hybride par un solvant organique qui est de préférence le même solvant que celui utilisé pour le greffage. Enfin, on procède généralement à un séchage du substrat en matériau hybride inorganique-organique.

Les composés selon l'invention peuvent former une monocouche à la surface du substrat, par exemple d'une épaisseur de 2 à 3 nm. Ces monocouches, du fait de la structure spécifique des composés selon l'invention, sont robustes, notamment thermiquement, et mieux organisées que les couches préparées par greffage des composés de l'art antérieur. La présente invention a également trait à un dispositif de mémoire moléculaire comprenant un composé actif rédox organique à stockage de charges réversible de formule (I) selon l'invention, ou comprenant un substrat, avantageusement en un matériau semi-conducteur, à une surface duquel est greffé chimiquement, avantageusement par covalence, un composé actif rédox à stockage de charges réversible de formule (I) selon l'invention, tel que défini plus haut. Le substrat est avantageusement une électrode du dispositif de mémoire moléculaire et de préférence une électrode de travail.

Un tel dispositif est connu de l'homme du métier et ne sera pas décrit plus en détail dans la présente. Il ne diffère des dispositifs connus que par la mise en œuvre des composés spécifiques selon l'invention.

Un tel dispositif et sa fabrication sont décrits par exemple dans le document US-Al-2003/0111670 [13]. Le dispositif selon l'invention présente tous les avantages déjà cités plus haut, et liés à l'utilisation des molécules de formule (I) selon l'invention. L'invention a trait également à un appareil électronique comprenant au moins un dispositif de mémoire tel que défini ci-dessus, l'appareil pouvant être choisi parmi les appareils électroniques portables, tels que les appareils photos numériques, les téléphones cellulaires, les imprimantes, les ordinateurs portables ou les dispositifs de lecture et d'enregistrement sonore tels que les baladeurs MP3.

Enfin, l'invention a trait à l'utilisation des composés de formule (I) en tant que molécules aptes à stocker des charges dans un dispositif de mémoire moléculaire. La présente invention va maintenant être décrite en relation avec des exemples de réalisation, 5 donnés à titre illustratif et non limitatif. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS - La Figure lA est le spectre de Spectrophotométrie de photoélectrons X ( XPS ou X- 10 Ray Photoelectron Spectroscopy en langue anglaise) de la molécule 1 selon l'invention, dans laquelle R est un hydrogène, préparée dans l'exemple 1, greffée sur un substrat en silicium (100) hydrogéné. Ce spectre donne le nombre d'électrons émis en fonction de l'énergie de 15 liaison des électrons (en eV) ; - Les figures 1B, 1C, 1D et 1E sont des agrandissements de parties du spectre de la figure lA qui concernent respectivement les pics impliquant des atomes de carbone, d'azote, de silicium, et d'oxygène 20 de la molécule 1 ; - La Figure 2A est le spectre de Spectrophotométrie de photoélectrons X ( XPS ou X-Ray Photoelectron Spectroscopy en langue anglaise) de la molécule 2 selon l'invention, dans laquelle R est un 25 groupe n-octyle, préparée dans l'exemple 2, greffée sur un substrat en silicium (100) hydrogéné. Ce spectre donne le nombre d'électrons émis en fonction de l'énergie de liaison des électrons (en eV) ; Les figures 2B, 2C et 2D sont des 30 agrandissements de parties du spectre de la figure 2A qui concernent respectivement les pics impliquant des atomes de silicium, d'azote et de carbone de la molécule 2 ; - La figure 3 est une vue schématique en coupe verticale du dispositif de mesure utilisé pour déterminer les propriétés électriques des molécules 1, 2 et 3 selon l'invention, préparées dans les exemples 1 , 2 et 3 - La figure 4A est un graphique qui donne la capacitance C (en F/cm2) en fonction de la tension de grille VG (en Volts) pour une monocouche des molécules 1 selon l'invention, greffées sur un substrat en silicium, et intégrée dans le dispositif de la figure 3 ; la courbe supérieure (E) a été établie à 70 Hz et la couche inférieure ((D) a été établie à 500 Hz ; La figure 4B est un graphique qui donne la conductance G (en S/cm2) en fonction de la tension de grille VG (en Volts) pour une monocouche des molécules 1 selon l'invention, greffées sur un substrat en silicium, et intégrée dans le dispositif de la figure 3 ; la courbe supérieure (^) a été établie à 70 Hz et la couche inférieure (0) a été établie à 500 Hz ; - La figure 5A est un graphique qui donne la capacitance C (en F/cm2) en fonction de la tension de grille VG (en Volts) pour une monocouche des molécules 2 selon l'invention, greffées sur un substrat en silicium, et intégrée dans le dispositif de la figure 3 ; la courbe supérieure (0) a été établie à 70 Hz et la couche inférieure (E) a été établie à 500 Hz ; La figure 5B est un graphique qui donne la conductance G (en S/cm2) en fonction de la tension de grille VG (en Volts) pour une monocouche des molécules 2 selon l'invention, greffées sur un substrat en silicium, et intégrée dans le dispositif de la figure 3 ; la courbe supérieure (D) a été établie à 70 Hz et la couche inférieure (0) a été établie à 500 Hz. La figure 6A est un graphique qui donne la capacitance C (en F/cm2) en fonction de la tension de grille VG (en Volts) pour une monocouche des molécules 3 selon l'invention, greffées sur un substrat en silicium, et intégrée dans le dispositif de la figure 3 ; la courbe supérieure (0) a été établie à 70 Hz et la couche inférieure (D) a été établie à 500 Hz. La figure 6B est un graphique qui donne la conductance G (en S/cm2) en fonction de la tension de grille VG (en Volts) pour une monocouche des molécules 3 selon l'invention, greffées sur un substrat en silicium, et intégrée dans le dispositif de la figure 3 ; la courbe supérieure (D) a été établie à 70 Hz et la couche inférieure (0) a été établie à 500 Hz.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS EXEMPLE 1 : Synthèse du N-[4-(4-Allylhepta-1,6-dien-4-yl) phényl]-1, 4, 5, 8-naphthalènetetracarboxydiimide (Molécule 1).30 Dans cet exemple, on réalise en deux étapes la synthèse du N-[4-(4-Allylhepta-1,6-dien-4-yl) phenyl]-1, 4, 5, 8-naphthalènetetracarboxydiimide. (Molécule 1 selon l'invention). Étape 1 : Synthèse du N-[4-(4-Allylhepta- 1,6-dien-4-yl) phényl]-1, 4, 5, 8- naphthalènetetracarboxyanhydride. Dans un ballon bicol équipé d'une ampoule à addition et d'un condenseur de type Dean-Starck, du 1, 4, 5, 8-naphtalène-tetracarboxydianhydride (leq. 5,9 g, 22 mmol) est dissous dans 100mL de DMF anhydre à 160°C. Du 4-(4-Allylhepta-1,6-dien-4-yl) aniline (leq. 5 g, 22 mmol) précédemment dissous dans 50 mL de DMF anhydre est ajouté à la solution d'anhydride goutte à goutte. La réaction est portée à reflux 12h. A l'issue du reflux, le DMF est évaporé sous vide et le produit est alors purifié par colonne chromatographique sur gel de silice avec un mélange éthyle acétate et dichlorométhane (1/1 v/v). Une poudre beige est obtenue qui est lavée avec du méthanol. Après filtration et séchage on obtient (7,9 g, rdt : 75,7%).

Étape 2 : Synthèse du N-[4-(4-Allylhepta- 1,6-dien-4-yl) phényl]-1, 4, 5, 8- naphthalènetetracarboxydiimide (Molécule 1). Le N-[4-(4-Allylhepta-1,6-dien-4-yl) phenyl]-1, 4, 5, 8-naphthalènetetracarboxyanhydride (leq, 7,07g, 14,73mmol) préparé dans l'exemple 1 et de l'acétate d'ammonium (20eq, 21,56 g, 280 mmol) sont dissous dans 100 mL d'acide acétique et 100 mL de chloroforme. La réaction est portée à reflux à 120°C durant 4 heures. Après retour à la température ambiante, le chloroforme est évaporé sous vide et un précipité se forme. Après filtration on obtient un solide qui est lavé à l'eau, au méthanol, et à l'éther éthylique. Ensuite, on sèche le solide et on obtient une poudre beige pâle de la molécule 1 selon l'invention (5,43g, rdt : 76,7%). 1H-NMR (DMSO-d6, 200 MHz, ppm): 6 12,15 (s, 1H, NH), 8,63 (s, 4H), 7.52 (d, 2H, J= 7,34 Hz), 7,36 (d, 2H, J= 7,34 Hz) ; 5,55-5,43 (m, 3H) ; 5,02-4,95 (m, 6H), 2,60-2,38 (m, 6H).

EXEMPLE 2 : Synthèse de la molécule 2 (avec R = n- octyle). N-octyl-N-[4-(4-Allylhepta-1,6-dien-4- yl)phenyl]-1, 4, 5, 8-naphthalene tetracarboxy diimide.

Dans un ballon bicol équipé d'une ampoule à addition et d'un condenseur de type Dean-Starck, du N- octyl-1,8-naphthalene dicarboximide 4,5-dicarboxyanhydride, (leq., 1 g, 2,64 mmol) est dissous dans 50 mL de DMF anhydre à 160°C. Du 4-(4-Allylhepta- 1,6-dien-4-yl) aniline (leq., 0,6 g, 2,64 mmol) précédemment dissous dans 10mL de DMF anhydre est ajouté à la solution d'anhydride goutte à goutte. La réaction est portée à reflux 15h. A l'issue du reflux, le DMF est évaporé sous vide et le produit est alors purifié par colonne chromatographique sur gel de silice avec un mélange éthyle acétate et dichlorométhane (1/1 v/v). Une poudre rosée est obtenue qui est lavée avec du méthanol (1,13g,rdt : 73%). 1H-NMR (CHC13-d, 62,5 MHz, ppm) : 8 14,57 (CH3), 23,10 (CH2), 27,55 (CH2), 28,54 (CH2), 29,66 (CH2), 29,75 (CH2), 32,26 (CH2), 41,52 (Cq), 42,32 (CH2), 43,89 (CH2), 118,43 (3=0112) , 127,19 (2CH), 127,26 (2Cq), 127,36 (CH), 127,49 (Cq), 128,26 (2C), 128,39 (2C), 131,50 (2CH), 131,75 (2CH), 132,55 (C), 134,69 (3CH), 147,29 (Cq), 163,22 (20=0) , 163,48 (20=0).

EXEMPLE 3 : Synthèse de la molécule 3 (avec R = ndodécyle). N-dodecyle-N-[4-(4-Allylhepta-1,6-dien-4-yl)phenyl]-1, 4, 5, 8-naphthalene tetracarboxy diimide.

Dans un ballon bicol équipé d'une ampoule à addition et d'un condenseur de type Dean-Starck, du N-dodecyle-1,8-naphthalene dicarboximide 4,5-dicarboxyanhydride, (leq) est dissous dans 50 mL de DMF anhydre à 160°C. Du 4-(4-Allylhepta-1,6-dien-4-yl) aniline (leq.) précédemment dissous dans 10 mL de DMF anhydre est ajouté à la solution d'anhydride goutte à goutte. La réaction est portée à reflux 14h. A l'issue du reflux, le DMF est évaporé sous vide et le produit est alors purifié par colonne chromatographique sur gel de silice avec un mélange éthyle acétate et dichlorométhane (1/1 v/v). Une poudre rosée est obtenue qui est lavée avec du méthanol

EXEMPLE 4 : Greffage des molécules 1, 2 et 3 sur un substrat de silicium.30 Dans cet exemple, on réalise le greffage des molécules 1, 2 et 3 selon l'invention par une réaction d'hydrosilylation thermique sur une surface de silicium hydrogéné. On pourra, pour plus de détails sur cette réaction d'hydrosylilation se reporter au document [12], déjà cité. L'orientation cristalline du substrat est Si(100). Il s'agit d'un substrat conducteur de type P, 7-10 Q•cm, dopé au bore, la taille de la surface active est de 150 x 300 pm2 et de 100 x 790 pm2. Pour obtenir une surface de silicium hydrogéné de bonne qualité, il faut décaper la couche d'oxyde natif qui est formée spontanément à l'air. Pour décaper la surface et évacuer toute trace de résidu organique avant le greffage, le dispositif est tout d'abord décapé à l'aide d'un mélange de H2SO4 concentré et de H2O2 (v/v 3/1). Le dispositif est immergé pendant 1 à 5 minutes dans cette solution et rincé abondamment avec de l'eau désionisée puis séché sous un flux d'argon. Puis, seule la partie composée d'oxyde natif de fine épaisseur est décapée par immersion dans une solution de HF 1% pendant 1 min puis séchée. On procède ensuite à l'hydrogénation par immersion dans HF à 1% pendant 5 minutes de la surface qui a été décapée par l'acide fluorhydrique. La formation des fonctions Si-H est suivie par spectrométrie de photoélectrons X ( XPS ) et Infrarouge.

Le greffage des molécules est réalisé comme déjà précisé par une réaction d'hydrosilylation thermique en plaçant le substrat de silicium fraîchement décapé dans une solution de mésitylène contenant la molécule puis en chauffant à reflux pendant 2h. La réaction est effectuée sous atmosphère inerte. Les surfaces greffées sont caractérisées par spectrométrie de photoélectrons X ( XPS ). Les mesures XPS sont faites avec un spectromètre S-Probe utilisant une raie monochromatique Ka (1486,6 eV photons) à un temps de pose ( dwell time ) de 100 ms et un pass d'énergie de 50 eV. Le signal est obtenu à un angle de départ ( take-off angle ) î (mesuré par rapport à la surface) de 35°. La pression dans la chambre d'analyse est de 10-9 Torr ou moins à chaque mesure. La référence utilisée pour les énergies de liaison est le pic Au 4f pic à 84 eV.

Le signal C ls à 284,6 eV montre qu'aucun effet de charge n'est observé. Les photoélectrons sont détectés en utilisant une sphère d'analyse hémisphérique, avec une limite angulaire de 30° et une résolution énergétique de 850 meV. La figure lA, donne le spectre de Spectrophotométrie de photoélectrons X ( XPS ) de la molécule 1 selon l'invention, greffée sur un substrat en silicium (100) hydrogéné, et les figures 1B à lE sont des agrandissements de parties du spectre de la figure 1A.

Sur la figure 1 A, les pics correspondant à 0 (ls), N (1s), C (1s), Si (2s), SI (2p) ont été indiqués. Sur la figure 1B, les pics correspondant au 5 carbones Cl et C2 de la molécule 1 et aux liaisons C-C des cycles benzéniques ont été identifiés. Sur la figure 1C, les pics correspondant aux atomes d'azote Ni et N2 de la molécule 1 ont été identifiés. 10 Sur la figure 1D, les pics correspondant aux liaisons Si-0 et Si-Si ont été identifiés. Sur la figure 1E, le pic correspondant aux atomes d'oxygène des groupes carbonyle a été identifié. Le tableau 1 donne les valeurs numériques 15 des paramètres décrivant le spectre de la figure 1A. Pic XPS Énergie de Aire Sensibilité % de liaison normalisée (*) Atomique l'élément corrigée ( Adjusted Binding Energy ) Si 2p 100,032 18,558 0,84 30,829 0 1s 532, 636 11, 983 2, 80 19, 907 C 1s 285,770 28,117 1,00 46,809 N ls 400, 625 1, 478 1, 76 2, 455 (*) la sensibilité est la sensibilité du détecteur à l'élément considéré. 20 Tableau 1 La figure 2A, donne le spectre de Spectrophotométrie de photoélectrons X ( XPS ) de la molécule 2 selon l'invention, greffée sur un substrat en silicium (100) hydrogéné, et les figures 2B à 2D sont des agrandissements de parties du spectre de la figure 2A. Sur la figure 2A, les pics correspondant à 0, N, C, Si (2s), et Si (2p) ont été indiqués. Sur la figure 2B, les pics correspondant aux liaisons Si-0 et Si-Si ont été identifiés. Sur la figure 2C, le pic correspondant aux atomes d'azote de la molécule 2 a été identifié. Sur la figure 2C, les pics correspondants aux liaisons C=O, C-N et C-C de la molécule 2 ont été identifiés.

EXEMPLE 5 Mesure des propriétés électriques des molécules 1, 2 et 3 greffées sur du silicium.

Afin de mesurer les propriétés électriques des molecules 1, 2, et 3 selon l'invention greffées sur du silicium, on a ensuite fabriqué des capacitances électrochimiques sur un substrat de silicium. (Conducteur type p, 7-10 O.cm dopé au Bore). Le dispositif de mesure est représenté sur la figure 3. La surface active de la capacitance (150 x 300 pm2) comprenant les molécules selon l'invention (1) greffées sur le silicium (2), est 30 construite au centre de fines parois (3) de SiO2 constituées sur une épaisseur de 500nm par de l'oxyde 25 thermique SiO2 (4) puis sur une épaisseur de l0pm par du SiO2 que l'on a fait croitre par PECVD (5). On fait croître par PECVD de l'oxyde sacrificiel SiO2 sur une épaisseur de 10 nm sur la surface active de silicium, et on élimine cet oxyde par décapage par immersion dans une solution aqueuse de HF à 1% pendant une minute, puis séchage sous argon juste avant le greffage des molécules (1) selon l'invention. On procède ensuite à une hydrogénation dans les conditions déjà précisées plus haut. Le greffage des molécules (1) est réalisé comme cela a déjà été décrit plus haut, par une réaction d'hydrosilylation thermique en plaçant le substrat de silicium fraîchement décapé dans une solution de mésitylène contenant la molécule puis en chauffant à reflux pendant 2 heures. La réaction doit être menée sous atmosphère inerte. Les propriétés électriques des molécules sur Si sont étudiées à l'aide de mesures de Capacitance-Tension (C-V) et de Conductance-Tension (G-V). Les mesures ont été réalisées en utilisant un potentiomètre (6) Agilent 4284 A en atmosphère inerte (Azote). La tension de grille (VG) est appliquée à l'aide d'une électrode d'argent (7). Pendant les caractérisations électriques, une goutte d'électrolyte (8) (solution à 1,0 M d'hexafluorophosphate de tétrabutylammonium dans le carbonate de propylène) est employée comme grille conductrice de contact avec la monocouche de molécules (1). L'électrode d'argent (7) est trempée dans la goutte d'électrolyte (8).

Les résultats des mesures des propriétés électriques des molécules 1, 2 et 3 selon l'invention greffées sur silicium ont été portés respectivement sur les graphiques des figures 4A et 4B (molécule 1), 5A et 5B (molécule 2), et 6A et 6B (molécule 3). La Tableau 2 ci-dessous donne le Potentiel (en V) correspondant à l'apparition des pics rédox pour chacune des molécules selon l'invention préparées dans les exemples 1 à 3 greffées sur silicium.

Potentiel d'apparition des pics rédox (V) Molécule Pic 1 Pic 2 Sans chaîne (R = - 0,5-0,6 V - 0,9-1,1 V H) R = Chaîne en C8 - 0,3-0,4 V - 0,75-0,85 V R = Chaîne en - 0,3-0,4 V - 0,75-0,85 V C12 Tableau 2

Les courbes de capacitance et de conductance (C-V et G-V) montrent la présence de deux pics, caractéristiques des réponses des 2 états rédox des molécules. Ces résultats confirment un transfert de charges réversible entre le silicium et le cœur pi- conjugué des molécules selon deux états de charges distincts à 1 ou 2 électrons par molécule. Le tableau 2 montre clairement que l'ajout d'une chaîne par exemple en C8 ou C12 permet de moduler les potentiels de transfert de charges entre le cœur pi-conjugué et le silicium par rapport au cas sans chaîne, réduisant ainsi davantage les potentiels.

Claims (18)

1. REVENDICATIONS1. Composé actif rédox organique à stockage de charges réversible, de formule (I) . RùM-Y-T (I) dans laquelle : - R représente un groupe déconjuguant ; M représente un fragment actif rédox organique, ne comprenant pas d'ion métallique ou de métal, apte au stockage réversible d'au moins une charge; T représente un groupement tripode comprenant trois groupes F, liés à un même atome, et aptes à se greffer chimiquement, de préférence de manière covalente, à une surface d'un substrat solide ; Y représente un groupe espaceur séparant le fragment actif rédox M du groupement tripode T.
2. 2. Composé selon la revendication 1 dans lequel le substrat est en un matériau isolant, en un matériau semi-conducteur, ou en un matériau métallique.
3. 3. Composé selon la revendication 1 dans lequel le groupe R est choisi parmi l'hydrogène ; les groupes alkyle tels que le groupe n-octyle ou le groupe n-dodècyle; les groupes alcoxy ; les hétérocycles ; et les groupes aryle.
4. 4. Composé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le fragment 5 10actif rédox organique M est choisi parmi les fragments comprenant des groupes polycycliques à conjugaison pi tels que le naphtalène, le phénanthrène, l'anthracène, le tétracène, et le coronène.
5. 5. Composé selon la revendication 4 dans lequel le fragment actif rédox M répond à la formule (IIA), (IIB), (IIC), (IID) ou (11E) suivante : (IIA)(IIC) (IID) (IIE) 10 dans lesquelles n est un entier pouvant prendre toutes les valeurs de 0 à 6 telles que 0, 1, 2, 3.5
6. 6. Composé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le fragment M est en outre substitué par un ou plusieurs groupes électrodonneurs ou électroaccepteurs.
7. 7. Composé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le groupe espaceur Y est choisi parmi les groupes alkyle divalents ; les groupes alcoxy divalents ; les hétérocycles divalents ; et les groupes aryles divalents tels que le groupe phénylène et le groupe diphénylène.
8. 8. Composé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel les groupes F aptes à se lier chimiquement, de préférence par covalence, à une surface d'un substrat solide, de préférence en un matériau semi-conducteur, sont choisis parmi les fonctions, groupes, hydroxyle, mercapto, sélényle, telluryle, cyano, isocyano, carboxyle, amino, dihydroxyphosphoryle, dithio, dithiocarboxyle, diazonium, halogèno, alcènyle tel qu'un groupe allyle, alcynyle, alcoxyle, silyle, phosphate-phosphonate ; et les chaînes carbonées, de préférence de 1 à 5 atomes de carbones, avantageusement 3 atomes de carbone comportant une ou plusieurs fonctions, groupes choisis parmi les fonctions, groupes, hydroxyle, mercapto, sélényle, telluryle, cyano, isocyano, carboxyle, amino, dihydroxyphosphoryle, dithio, dithiocarboxyle, diazonium, halogèno, alcènyle tel qu'un groupe allyle, alcynyle, alcoxyle, silyle, phosphate-phosphonate . 10
9. 9. Composé selon la revendication 8 dans lequel le groupement tripode T est un groupement 4-allylhepta-1, 6-dièn-4-yle de formule -C- (-CH2-CH=CH2) 3 ou un groupement de formule -Si-(-CH2-CH=CH2)3.
10. 10. Composé selon l'une quelconque des revendications précédentes qui répond à la formule (IIIA, (IIIB), (IIIC), (IIID) ou (IIIE)) suivante : R2 15 (IIIA) 20 R2 25R2 i R2 R210dans lesquelles R et Y sont tels que définis dans la revendication 1, n est un nombre entier pouvant prendre toutes les valeurs de 0 à 6 telles que 0, 1, 2, 3, et R2 représente un hydrogène ou un groupe électrodonneur ou électroattracteur.
11. 11. Composé selon la revendication 9 qui est - le N-[4-(4-Allylhepta-1,6-dien-4-yl) phenyl]-1, 4, 5, 8-naphthalènetetracarboxydiimide ; - le N-[4-(4-Allylhepta-1,6-dien-4-yl) phenyl]-N'-n-octyl-1, 4, 5, 8-naphthalènetetracarboxydiimide ; ou - le N-[4-(4-Allylhepta-1,6-dien-4-yl) phenyl]-N'-n-dodécyl-1, 4, 5, 8-naphthalènetetracarboxydiimide.
12. 12. Substrat, de préférence en un matériau 20 semi-conducteur, à une surface duquel sont greffés chimiquement des composés actifs rédox organiques aptes à stocker des charges selon l'une quelconque des revendications 1 à 11. 25
13. 13. Substrat selon la revendication 12 dans lequel le matériau semi-conducteur est du silicium éventuellement dopé.
14. 14. Substrat selon l'une quelconque des 30 revendications 12 et 13 dans lequel les composés actifs rédox organiques aptes à stocker des charges forment 15une monocouche à la surface du substrat, par exemple d'une épaisseur de 2 à 3 nm.
15. 15. Dispositif de mémoire moléculaire comprenant un composé actif rédox à stockage de charges tel que défini dans l'une quelconque des revendications 1 à 11, ou un substrat tel que défini dans l'une quelconque des revendications 12 à 14.
16. 16. Appareil électronique comprenant au moins un dispositif de mémoire moléculaire selon la revendication 15.
17. 17. Appareil électronique selon la revendication 16 qui est choisi parmi les appareils électroniques portables, tels que les appareils photos numériques, les téléphones cellulaires, les imprimantes, les ordinateurs portables ou les dispositifs de lecture et d'enregistrement sonore tels que les baladeurs MP3.
18. 18. Utilisation des composés actifs rédox organiques aptes à stocker des charges selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 en tant que molécules aptes à stocker des charges dans un dispositif de mémoire moléculaire.