« Chemistry and Electrochemistry in Two Dimensions: from Langmuir Blodgett Films to Monolayers and Polymeric Films »
Prof. Daniel MANDLER
Daniel.mandler@mail.huji.ac.il
Institut of Chemistry, The Hebrew University of Jerusalem, Israel
27/11/2013 à 14h00 – Salle du Conseil de l’IEMN

Electrochemistry deals with charge transfer across interfaces. As is well known, the structure of the interface affects very much charge transfer and therefore controlling and characterization the interface on a molecular level is of utmost importance.
The lecture will focus on different approaches for controlling the interface and its implications and applications in electrochemistry. These will include structuring the interface using Langmuir and Langmuir-Blodgett films, applying self-assembled monolayers and if time permits manipulating thin polymeric films. Different systems and applications will be presented; films at the water-air interface based on individual molecules, polymers and nano-objects. Applications of functionalized self-assembled monolayers as a means of selectively interacting with metal ions and organization of asymmetric nano-objects for future photocatalysis, will be described. Various characterization methods will also be discussed such as horizontal touching voltammetry and scanning electrochemical microscopy.

Un transistor 0D est placé en contact avec une goutte d’eau contenant du NaCl. Un courant entre l’anode et la cathode génère des bulles d’hydrogène et de chlore, que le transistor peut détecter et transformer en impulsions électriques. N. Clément et al. © American Chemical Society

Lorsque l’hydrogène est produit lors de l’électrolyse de l’eau, de l’énergie est perdue à chaque émission de bulle. Dans une nouvelle étude, des chercheurs du CNRS, IEMN, Villeneuve d’Ascq, NTT, Tokyo et du CEA Marcoules ont démontré que des transistors de 25 nm – si petits qu’ils sont considérés 0D – peuvent être utilisés pour transformer cette énergie perdue en impulsions électriques. Plusieurs millions de ces transistors 0D pourraient être utilisés pour détecter des bulles uniques et générer des impulsions avec une efficacité optimale, en récupérant une partie de l’énergie perdue lors de l’électrolyse et en la rendant utilisable pour d’autres applications. En théorie, 2 millions de ces transistors 0D pourraient tenir sous la microbaignoire, ce qui résulterait en des impulsions de 500 µW et un rendement d’émission d’impulsions d’environ 99%.

Ces résultats pourraient avoir une variété d’applications, comme des laboratoires sur puce pour le stockage d’hydrogène. Une autre potentielle application est la physiologie, le signal électrique ayant une amplitude similaire à celle du potentiel d’action dans un neurone.

Cet article a été publié dans Nanoletters.  : Water Electrolysis and Energy Harvesting with Zero-Dimensional Ion-Sensitive Field-Effect Transistors. N. Clément, K. Nishiguchi, J.F. Dufrêche, D. Guérin, A.Fujiwara & D. Vuillaume. Nano Letters 13(8), 3903-3908 (2013), http://dx.doi.org/10.1021/nl4019879

Contact : N. Clément (nicolas.clement@iemn.univ-lille1.fr / 03 20 19 79 32)

Le projet, nommé UPTEG « Unconventional Principles of ThermoElectric Generation », propose de tester deux idées radicales à même de transformer le silicium en un matériau thermoélectrique ! En effet, la conversion d’énergie thermique en courant électrique par effet Seebeck reste un processus peu efficace, surtout lorsque le gradient de température disponible est modéré. Par ailleurs, les matériaux thermoélectriques usuels sont polluants, de plus en plus rares et difficilement compatibles avec les technologies standard de la microélectronique…
Pourtant, le silicium, matériau central de la microélectronique pour ses propriétés électriques, a également un coefficient thermoélectrique important mais souffre d’un  défaut majeur : une forte conductivité thermique…

Le projet proposé par Jean-François Robillard, enseignant-chercheur à l’ISEN (Institut Supérieur d’Electronique et du Numérique) et travaillant au sein du groupe Microélectronique de l’IEMN, repose sur deux approches :
Convertisseurs à Ingénierie Phononique : Il s’agit de structurer le silicium de façon périodique à l’échelle du libre parcours moyens des phonons thermiques, les principaux porteurs de chaleur. Le résultat est un « matériau artificiel » dont la conductivité thermique peut être réduite d’un facteur 100 voire 1000 tout en préservant largement ses propriétés électriques.
Convertisseurs Micro-Thermoélectroniques : Cette approche encore plus radicale, consiste à construire un générateur à partir d’électrodes de silicium fonctionnalisées grâce à un matériau à très faible travail de sortie (oxide d’alcalin) et séparées par un vide de quelques microns. Dans ce cas les pertes thermiques sont quasi-nulles et le courant est généré par thermo-émission.

Les retombées de ce travail vont de la compréhension du transport thermique à l’échelle nanométrique jusqu’à la réalisation de micro-générateurs efficaces, éventuellement flexibles et donc capables de s’adapter sur tout type de surface.
Le projet repose sur un important travail de simulation, d’ingénierie des matériaux et de technologie. Il s’appuiera sur les ressources exceptionnelles de micro et nano fabrication et de caractérisation de l’IEMN.
L’European Research Council procure un financement exceptionnel d’une durée de cinq ans et un montant de 1.5 millions d’Euros pour ce projet qui prévoit entre autres la participation de 5 doctorants et jeunes chercheurs, le financement des coûts technologiques et des actions de diffusion scientifique.

Un Responsable des moyens « back-end » des plateformes de l’institut.

Le responsable aura la charge de l’intégration des composants dans des systèmes et de mise en boîtiers de la découpe, amincissement de wafers.

 Context :
L’IEMN est un laboratoire de recherche de 500 personnes qui joue un rôle majeur au niveau international dans le domaine de la recherche en microélectronique et nanotechnologie. Pour cela, les différentes équipes de recherche de l’institut s’appuient sur quatre plateformes technologiques de haut niveau dont la centrale de micro et nano technologies (1 600 m²).
Le poste est un support technique participant au développement et à la réalisation de systèmes électroniques qui se développe au sein des plateformes techniques et plus particulièrement dans le cadre des projets Equipex « Excelsior » et « Leaf ».

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