À mi-chemin entre des objets macroscopiques et moléculaires, les agrégats (ou nanoclusters) de 10 à 300 atomes d'or possèdent des états électroniques discrets. Cette propriété intéresse aussi bien l'optoélectronique (photoluminescence) que la catalyse (voies de transferts d'électrons). L'un de ces nanoclusters, composé de 38 atomes d'or (Au₃₈), est notamment qualifié de magique en raison de sa grande stabilité. Afin d'empêcher leur agglomération, une fois en solution, ils sont isolés les uns des autres par un ligand Au₃₈-R.

Pour exploiter les propriétés de ces matériaux, il faut contrôler la formation de films minces ordonnés à grande échelle, et pour cela, manipuler les nanoclusters afin de les assembler de façon organisée.

Une équipe du LLB en collaboration avec l'Université de Genève a ainsi étudié la formation et le dépôt de films ultra-minces de Au₃₈(SC₂H₄Ph)₂₄ où le diamètre du nanocluster d'or atteint 1,2 nm et la longueur du ligand (SC₂H₄Ph) 0,5 nm.

Pour cela, elle a utilisé la technique de Langmuir-Blodgett qui permet de transférer une couche moléculaire de la surface d'un liquide vers un support solide et obtenu un dépôt de Au₃₈(SC₂H₄Ph)₂₄ sur mica ou silicium dont elle a caractérisé la structure par réflectivité de rayons X (XRR) et par diffusion de rayons X à grand angle en incidence rasante (GIWAXS).

• La surface des dépôts ordonnés peut atteindre ~ 1 cm².
• Sous réserve de maintenir une pression de surface constante sur le film à la surface du bain liquide, les dépôts transférés sont exceptionnellement bien organisés.
• Pour une pression optimale, les dépôts forment une « tricouche » particulièrement bien structurée, à la fois verticalement (comme le montre l'observation par XRR) et dans le plan du film (observation par GIWAXS).

Cette dernière structure très reproductible est attribuée au mécanisme de « repliement par froissement », où les clusters roulent librement les uns sur les autres afin de réduire l'énergie d'interface avec l'eau et augmenter les contacts entre clusters.

Les chercheurs ont également mesuré directement le module d'élasticité des films par une technique originale de microscopie à force atomique (AFM) utilisant deux cantilevers (barres en porte-à-faux) de rigidités distinctes. La valeur mesurée est comparable à celle d'autres films souples (polymères à liaisons covalentes bidimensionnelles, feuilles organométalliques ou nanocomposites à base de polystyrène).