Nous menons des travaux sur l’auto-organisation comparée des fullérènes C₆₀ et C₇₀ à l’interface n-tétradécane/Au (111). Pour des taux de recouvrement inférieurs à la monocouche, les sphères individuelles de C₆₀ et C₇₀ se distribuent spontanément le long de deux directions privilégiées : 1/ sur le bord des marches monoatomiques d’or et 2/ selon la direction <112> de la surface d’or (voir Figure). Pour des taux supérieurs (de l’ordre de la monocouche), les molécules de C₆₀ et C₇₀ forment un réseau hexagonal.

Auto-assemblages de (a) C₆₀ (100x100 nm²). Ref. J. Photochem. Photobiol. 158, 101 (2003) et (b) C₇₀ (20x20 nm²) à l’interface n-tétradécane/Au(111) observé par STM. Ref. Adv. Mater.16, (2004).

On note cependant la plus grande difficulté du C₇₀ à former des domaines auto-assemblés étendus (maximum 100 Å pour C₇₀ au lieu de 1000-2000 Å pour C₆₀). Une autre particularité de C₇₀ est de présenter deux phases structurales,l’une alignée selon la direction <112> de l’or l’autre selon la direction <110>. Nous attribuons ces deux phases à la forme légèrement allongée de C₇₀ qui peut se tenir couché ou debout sur la surface. Enfin, on remarque que la hauteur apparente des molécules C₇₀ observées par STM est de 5.5 Å au lieu des 10-11 Å attendus (diamètre). Cet effet de contraste est dû au fait que la fonction d’onde des électrons délocalisés du substrat d’or s’étend plus loin à l’intérieur de la barrière tunnel que celle des molécules de C₇₀ adsorbées.

(a) Schéma des deux modes d’assemblage de C₇₀ sur Au(111). Gauche : structure 2√3x2√3 R30º des domaines α (molécules debout). Droite : arrangement quasi-hexagonal des domaines β (molécules couchées).
(b) Modélisation des dislocations d’une monocouche de C₇₀ sur Au(111). Les sphères noires indiquent le centre de masse des molécules C₇₀ sur la surface Au(111).

Mettant à profit l’interface liquide/solide, nous avons également pû observer la dynamique coopérative de ces sphères carbonées Cn avec la résolution moléculaire. La faible interaction entre les fullérènes et la surface d’or les rend extrêmement mobiles ce qui permet de les manipuler aisément avec la pointe d’un STM. Cette possibilité illustre parfaitement la puissance de la STM à l’interface liquide/solide pour effectuer des nano-manipulations d’objets individuels tels que des molécules organiques avec la pointe du STM. Nous développons actuellement ce potentiel avec différentes familles de fullérènes fonctionnalisés.