Phthalocyanine thin films, from organic electronics to molecular electronics

Le travail présenté dans cette thèse montre la réalisation de dispositifs incorporant des molécules de la famille des phthalocyanines, afin d'étudier leurs propriétés électriques, dans la perspective de les intégrer dans des connexions magnétiques permettant d'étudier leur comportement dépendant du spin. L'étude couvre les régimes de conduction allant de l'électronique organique jusqu à l'électronique moléculaire, dans l'optique de réaliser un dispositif de spintronique moléculaire. Dans un premier temps, il s'est agi de réaliser et caractériser les couches minces de phthalocyanine déposées sous ultra-vide, puis de réaliser des transistors organiques afin d'obtenir les caractéristiques électriques intrinsèques de nos films de phthalocyanine. Afin de comprendre les mécanismes de l'injection de spin dans les molécules organiques, on présente une étude préliminaire a la réalisation de dispositifs de type vanne de spin, ou l'on sonde l'interface entre un substrat métallique (Cu(001), Co(001)) et les premières monocouches de phthalocyanine de manganèse (MnPc) par spectrométrie par XAS et XMCD. Ceci nous permet d'évaluer l'impact de l'interface MnPc/Co sur les propriétés de spintronique. Afin de réaliser des mesures électriques à l'échelle moléculaire, il s'est agi de développer et caractériser les outils nécessaires à l'échelle du nanomètre. En utilisant un système constitué d'électrodes d'Au comme référence, on a pu réaliser des électrodes ferromagnétiques de Ni connectées ou séparées par quelques atomes, dans le but de réaliser une vanne de spins à l'échelle moléculaire. Nos mesures de magnétorésistance à basses températures sur des contacts de Ni révèlent que la présence d'états résonants peut fournir des chemins de conduction. Enfin, l'étude d'un système moléculaire (Au-CoPc-Au) a pu être réalisée, mettant en évidence à basse température des effets quantiques de type blocage de Coulomb et Kondo.This thesis works involves the realization of devices including phthalocyanine molecules for the purpose of studying their electrical properties, with the perspective of combining them with magnetic interconnects, for studying their spin dependent behavior. The studies cover the conduction regimes corresponding to organic electronics to molecular electronics, aiming at realizing molecular spintronics devices. In a first step, we fabricate and characterize phthalocyanine thin films deposited under ultra high vacuum conditions, and make organic transistors for the purpose of determining the intrinsic basic electrical characteristics of our phthalocyanine films. To understand the mechanisms of spin injection into organic molecules, we present a preliminary study of spin valve devices realization, where we probe the interface between a metal substrate (Cu (001), Co (001)) and the first monolayers of manganese phthalocyanine (MnPc) by XAS and XMCD. This allows us to assess the impact of the interface MnPc/Co on spintronics properties. For electrical measurements at the molecular level, we first develop and characterize the necessary nanoscale tools. By using Au electrodes at reference, we successfully realize ferromagnetic Ni electrodes connected or separated by a few atoms, in order to achieve a molecular spin valve. Our magnetoresistance measurements at low temperatures on Ni contacts show that resonant states result in preferred conduction paths. Finally, the study of a molecular system (Au-CoPc-Au) is achieved, demonstrating low-temperature quantum effects like Coulomb blockade and Kondo resonance