Commutation des réponses optiques non linéaires du second ordre des indolino-oxazolidines : des molécules en solution aux surfaces fonctionnalisées

Abstract

Cette thèse étudie les réponses de génération de second harmonique (GSH) de dérivés d’indolino-oxazolidines dans différents environnements. Ces molécules sont des interrupteurs moléculaires : sous l’action de stimuli externes, elles peuvent commuter entre une forme fermée incolore et une forme ouverte colorée. Les deux formes se distinguent par leurs réponses optiques non linéaires (ONL) du deuxième ordre, associées à un grand contraste de première hyperpolarisabilité . La combinaison de ces propriétés fait de ces molécules des candidats pour la réalisation de mémoires à l’échelle moléculaire, alliant stockage multiple et lecture non destructive. En particulier, cette thèse démontre que les performances de commutation ONL sont préservées en passant des molécules en solution aux monocouches auto-assemblées (MAAs). Les études adoptent une approche multidisciplinaire combinant des mesures des réponses optiques linéaires et non linéaires des interrupteurs moléculaires en solution avec des simulations numériques des molécules en solution et sous la forme de MAAs. Les principaux résultats sont 1°) l’étude comparative des réponses de diffusion hyper-Rayleigh et de génération de second harmonique induite par un champ électrique (GSHIE) de ces molécules en solution, laquelle a mis en évidence que ces réponses peuvent être très différentes à cause de l’amplitude et de l’orientation du moment dipolaire mais aussi à cause de valeurs non négligeables de la contribution ONL du troisième ordre à la GSHIE, 2°) l’étude des effets de substitution – du groupement méthyle de l’oxazolidine par un groupement nitro accepteur ou de l’unité bithiophène par un groupement ferrocène – sur les réponses ONL et l’interprétation de la diminution du contraste des premières hyperpolarisabilités entre les formes ouverte et fermée, et 3°) l’implémentation et l’optimisation d’une méthode numérique multi-échelle (DM-puis-MQ) pour prédire les réponses ONL de systèmes dynamiques. Dans cette méthode la première étape consiste à générer des structures molécules en utilisant la dynamique moléculaire (DM), ensuite, pour une sélection de ces structures, les propriétés moléculaires sont évaluées avec différentes méthodes de mécanique quantique (MQ). Les résultats obtenus et la mise au point de cette méthode ouvrent la voie à l’étude des systèmes ONL dynamiques et à l’optimisation de leurs réponses de GSH.