STRUCTURE ET PROPRIETES ELECTRONIQUES A DIFFERENTES ECHELLES DE SYSTEMES MODELES DE POLYMERES CONDUCTEURS ET SEMI-CONDUCTEURS

Jury : M. BEE, O. CHAUVET, B. GREVIN, P. LANG, R. LAZZARONI, J.-P. TRAVERSThis report deals with a multi-scale study of structural and electronic properties of doped and non-doped π-conjugated systems. The first part is devoted to a comparative study of polyaniline and one model oligomer, the tetraniline, both of them being HCl-doped. It is mainly based on spin dynamics methods which allow one to probe the charge carrier (polarons) motion at a microscopic scale via their spin: 1/ NMR : measurement of the longitudinal nuclear relaxation time T1 as a function of frequency, 2/ ESR : measurement of the linewidth as a function of temperature and adsorbed oxygen amount. We have demonstrated the existence of a metallic behaviour of the microscopic conductivity in the polymer, which is not present in the tetramer. This result closes the debate about the origin of the ESR linebroadening observed in the polymer at high temperature. In addition, it appears that the microscopic conductivity is quasi-1d in both compounds, while considerably higher in the polymer. The second part deals with the self-organization of π-conjugated polymers, the regioregular poly(3-alkylthiophenes. Monolayers of poly(3-hexylthiophene) and poly(3-dodecylthiophene) deposited on graphite (HOPG) have been studied by scanning tunnelling microscopy (STM). We have shown that the structuration at different scales (organized parts vs. disordered parts, nanocrystal size, chain bending,....) Depends on the deposit and post-deposit parameters. Finally, some electronic properties are deduced from 2d scanning tunnelling spectroscopy (STS) measurements performed on regioregular poly(3-dodecylthiophene).Ce mémoire porte sur une étude multi-échelles des propriétés structurales et électroniques de systèmes pi-conjugués dopés et non dopés. La première partie est consacrée à une étude comparative entre la polyaniline et un oligomère modèle, la tétraaniline, tous deux dopes par HCl. Elle est essentiellement basée sur l'utilisation de méthodes de dynamique de spin qui permettent de sonder le mouvement des porteurs de charge (polarons) par leur spin : 1/ la RMN : mesure du temps de relaxation nucléaire longitudinal T1 en fonction de la fréquence, 2/ la RPE : mesure de la largeur de raie en fonction de la température et de l'oxygène adsorbé. Ces études ont permis de démontrer l'existence d'un comportement métallique de la conductivité microscopique dans le polymère, non présent dans le tétramère. Ce résultat tranche le débat existant sur l'origine de l'élargissement de la raie RPE du polymère à haute température. D'autre part, il apparaît que la conductivité microscopique est quasi-1D dans les deux composes, mais nettement plus élevée dans le polymère. Le processus d'auto-organisation de polymères π-conjugués non dopés, les poly(3-alkylthiophènes) regio-reguliers, est étudié dans la seconde partie par microscopie a effet tunnel. Sur des monocouches de poly(3-héxylthiophène) et de poly(3-dodécylthiophène) déposées sur graphite (HOPG), nous avons montré que la structuration a plusieurs échelles (zones organisées/zones amorphes, taille des nanocristallites, défauts ponctuels, repliements,...) dépend des paramètres de dépôt et de post dépôt. Enfin, les premières études de spectroscopie tunnel 2D ont permis de sonder les propriétés électroniques du poly(3-dodécylthiophène)