Des chercheurs de l’Université de l’Illinois font progresser notre compréhension des matériaux semi-conducteurs en explorant la chiralité. Leurs recherches, dirigées par le professeur YingDiao, explorent la manière dont les polymères achiraux peuvent être modifiés pour produire des structures chirales. Cette recherche a des implications importantes pour le développement de technologies innovantes et met en évidence la complexité et le potentiel des matériaux chiraux.
Une nouvelle étude menée par des chimistes de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign apporte une nouvelle perspective au développement de matériaux semi-conducteurs capables de faire ce que les matériaux silicium traditionnels ne peuvent pas faire : exploiter le pouvoir de la chiralité, une image miroir non superposable.
La chiralité est l'une des stratégies utilisées par la nature pour construire des structures complexes, la double hélice de l'ADN étant peut-être l'exemple le plus connu : deux brins moléculaires reliés par une « colonne vertébrale » moléculaire et tordus vers la droite.
Dans la nature, les molécules chirales telles que les protéines peuvent fournir de l’énergie électrique de manière très efficace en transportant sélectivement les électrons dans la même direction de spin.
Recherche sur l'imitation de la chiralité dans la nature
Depuis des décennies, les chercheurs tentent d’imiter la chiralité naturelle dans des molécules synthétiques. Une nouvelle étude dirigée par Ying Diao, professeur de chimie et de chimie biomoléculaire, a étudié les effets de diverses modifications sur un polymère achiral appelé DPP-T4 pour former des structures hélicoïdales chirales dans des matériaux semi-conducteurs à base de polymère. Les applications potentielles incluent les cellules solaires qui fonctionnent comme des feuilles, les ordinateurs qui exploitent les états quantiques des électrons pour des calculs plus efficaces et les nouvelles techniques d'imagerie qui capturent les informations en trois dimensions au lieu de deux.
Les résultats ont été publiés dans la revue ACS Central Science.
Résultats de recherche et expériences
"Au départ, nous pensions que de petits ajustements à la structure de la molécule DPP-T4, obtenus en ajoutant ou en modifiant les atomes attachés au squelette, modifieraient la torsion ou la distorsion de la structure et induiraient une chiralité. Cependant, nous avons rapidement découvert que les choses n'étaient pas si simples", a déclaré Diao.
En utilisant la diffusion et l’imagerie des rayons X, l’équipe a découvert que leurs « légers ajustements » entraînaient des changements significatifs dans la phase du matériau.
"Ce que nous avons observé est un effet Boucle d'or", a déclaré Diao. "Normalement, les molécules s'agglutinent comme des fils torsadés, mais soudain, lorsque nous tordons les molécules jusqu'à une torsion critique, elles commencent à s'assembler en de nouvelles mésophases sous forme de plaques ou de flocons. En testant la capacité de ces structures à plier la lumière polarisée - un test de chiralité - nous avons été surpris de constater que ces flocons peuvent également se tordre en structures chirales cohésives."
Les découvertes de l’équipe mettent en lumière le fait que tous les polymères ne se comportent pas de la même manière lorsqu’ils imitent un transport efficace d’électrons dans des structures chirales. Le rapport de recherche souligne qu’il est crucial de ne pas négliger les mésostructures complexes formées pour découvrir des phases inconnues, qui peuvent conduire à des propriétés optiques, électroniques et mécaniques sans précédent.