Dessiner sur des matériaux quantiques avec des molécules

Publié par Adrien le 08/03/2020 à 08:00
Source: Université McGill
Les civilisations ont connu l'âge de pierre, de bronze et de fer. C'est maintenant au tour des matériaux quantiques de révolutionner nos vies grâce aux travaux des chercheurs de l'Institut national de la recherche scientifique (INRS) et de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux États-Unis, au moment où les...) McGill.


Gauche: Image expérimentale de sept macrocycles sur une surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet...) de graphite acquise par un microscope à effet tunnel (Le microscope à effet tunnel (en anglais STM, Scanning Tunneling Microscope) fut inventé en 1981 par des chercheurs d'IBM, Gerd Binnig et Heinrich Rohrer, qui reçurent le Prix Nobel de physique...).
Droite: Un macrocycle simulé sur une surface de graphène (Cet article ne doit pas être confondu avec l’article graphème.).

Le professeur Emanuele Orgiu, chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de chercheur tant les domaines...) à l'INRS et spécialiste des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) quantiques. De l'épaisseur de quelques atomes, ces matériaux ont des propriétés optiques, magnétiques et électriques remarquables. Ses recherches se concentrent sur la création de motifs à la surface des matériaux quantiques pour en changer les propriétés fondamentales.

" La forme que l'on donne à ces dessins va influencer les propriétés induites à la surface ", lance le professeur. Cela pourrait servir pour des dispositifs (opto)électroniques, tels que les transistors les photocapteurs, mais aussi pour les dispositifs de biodétection.

L'expert en matériaux quantiques vient de faire un grand pas vers l'avant en synthétisant des macrocycles, de grosses molécules circulaires, sur une surface de graphite. Ce matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base sélectionnée en raison...) est constitué d'un empilement de graphène, un feuillet de l'épaisseur d'un seul atome (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une autre. Il est...) composé d'atomes de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.). Le graphène est considéré comme un matériau quantique.

" Imaginez les macrocycles comme de petits blocs Lego. Si on cherche à faire la construction d'un anneau en solution, c'est-à-dire dans un mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses qui n'interagissent pas chimiquement. Le résultat de...) homogène où les blocs sont dilués, ce n'est pas possible. Par contre, si on les met sur une table, on arrive à le faire ", rapporte le professeur Orgiu, auteur principal de l'étude dont les résultats ont été publiés en ligne le 18 février dans la revue ACS Nano.

La chercheuse postdoctorale du groupe d'Emanuele Orgiu, Chaoying Fu, qui est la première auteure de l'étude, a trouvé un moyen d'utiliser les macrocycles pour dessiner des motifs moléculaires sur la surface d'un matériau.

" Ils sont déposés en solution sur la surface et, lorsque le liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) s'évapore, il ne laisse derrière que les molécules. On peut prévoir comment elles vont s'assembler, mais c'est la nature qui les aligne grâce aux interactions avec les molécules voisines et la surface ", explique le professeur Orgiu.

L'étude a été réalisée en collaboration avec Dmitrii F. Perepichka, un professeur au département de chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec lesquelles elle partage des espaces d'investigations communs ou proches.) à l'Université McGill. Son expertise a permis de comprendre comment certaines molécules pouvaient s'assembler à la surface du graphite.

" C'est un bel (Nommé en l’honneur de l'inventeur Alexandre Graham Bell, le bel est unité de mesure logarithmique du rapport entre deux puissances, connue pour exprimer la puissance du son. Grandeur sans dimension en...) exemple d'une approche multidisciplinaire où nous avons combiné nos connaissances en synthèse organique (La chimie organique est une branche de la chimie concernant la description et l'étude d'une grande classe de molécules à base de carbone : les composés organiques.) et en science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir appris,...) des surfaces, dit-il. Le niveau de contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) que nous avons pu exercer sur la forme et la structure des molécules synthétisées est tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) à fait remarquable. "

D'après le professeur Orgiu, la taille et la forme des macrocycles offrent des perspectives de recherches intéressantes pour modifier davantage les propriétés des matériaux quantiques.

" L'avantage de ces molécules vient des larges pores dans leur structure. Éventuellement, nous pourrions utiliser nos macrocycles comme gabarit et remplir les pores avec des biomolécules qui favoriseraient les propriétés de biodétection de la surface. C'est certainement l'une de nos prochaines étapes pour de futurs (Futurs est une collection de science-fiction des Éditions de l'Aurore.) projets."
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