Un dessin animé du Dr Rivada-Wheelaghan montre le processus simple par étapes de la synthèse de la chaîne d'atomes de cuivre à l'aide d'un ligand dynamique. Les atomes de cuivre peuvent être ajoutés ou supprimés un par un pour former des chaînes de différentes longueurs. Crédit :Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University - OIST
Les appareils électroniques sont de plus en plus petits. Les premiers ordinateurs remplissaient des pièces entières. Aujourd'hui, vous pouvez en tenir un dans la paume de votre main. Aujourd'hui, le domaine de l'électronique moléculaire fait passer la miniaturisation à un niveau supérieur. Les chercheurs créent des composants électroniques si petits qu'ils ne peuvent pas être vus à l'œil nu.
L'électronique moléculaire est une branche de la nanotechnologie qui utilise des molécules uniques, ou des collections nanométriques de molécules, comme composants électroniques. Le but est de créer des appareils informatiques miniatures, remplacer les matériaux en vrac par des blocs moléculaires.
Par exemple, les atomes métalliques peuvent être transformés en « fils moléculaires » à l'échelle nanométrique. Également connues sous le nom de chaînes d'atomes métalliques étendues (EMAC), les fils moléculaires sont des chaînes unidimensionnelles d'atomes métalliques uniques reliés à une molécule organique, appelé ligand, qui sert de support. Les composés moléculaires de type fil ont un large éventail d'utilisations potentielles, des lumières LED aux catalyseurs.
Des chercheurs de l'Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) ont trouvé un moyen simple de créer des fils moléculaires de cuivre de différentes longueurs en ajoutant ou en supprimant des atomes de cuivre un par un. "C'est le premier exemple d'un fil de cuivre moléculaire formé par étapes, processus atome par atome, " dit Julia Khusnutdinova, chef de l'Unité de Coordination Chimie et Catalyse OIST. "Notre méthode peut être comparée à la construction Lego dans laquelle vous ajoutez une brique à la fois, " elle dit.
Les fils moléculaires peuvent varier en longueur, avec des longueurs différentes ayant des propriétés moléculaires et des applications pratiques différentes. Maintenant, le plus long EMAC rapporté dans la littérature est basé sur le nickel et il contient 11 atomes métalliques dans une seule chaîne linéaire.
La structure du plus long EMAC rapporté dans la littérature, confirmé par cristallographie aux rayons X. Il contient 11 atomes de nickel disposés en chaîne linéaire. Crédit :Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University - OIST
La création de fils moléculaires de différentes longueurs est difficile car elle nécessite à chaque fois la synthèse d'un ligand spécifique. Le ligand, qui peut être vu comme un « isolant » par analogie avec le monde macro, aide les fils à se former en rassemblant les atomes de métal et en les alignant dans une chaîne linéaire. Cependant, la création de ligands de différentes longueurs peut être un processus élaboré et compliqué.
Les chercheurs de l'OIST ont trouvé une nouvelle façon de surmonter ce problème. « Nous avons créé un seul ligand dynamique qui peut être utilisé pour synthétiser plusieurs longueurs de chaîne, " dit le Dr Oreste Rivada-Wheelaghan, premier auteur de l'article. "C'est beaucoup plus efficace que de fabriquer un nouveau ligand à chaque fois, " il dit.
Dans leur papier, Publié dans Angewandte Chemie Édition Internationale , les chercheurs décrivent leur nouvelle méthode par étapes de création de fils moléculaires en cuivre. "Le ligand s'ouvre d'une extrémité pour laisser entrer un atome de métal et, quand la chaîne s'allonge, le ligand subit un mouvement de glissement le long de la chaîne pour accueillir plus d'atomes métalliques, " dit le professeur Khusnutdinova. " Cela peut être comparé à un accordéon moléculaire qui peut être allongé et raccourci, " dit Rivada-Wheelaghan. En ajoutant ou en enlevant des atomes de cuivre un à la fois de cette manière, les chercheurs peuvent construire des fils moléculaires de différentes longueurs, variant de 1 à 4 atomes de cuivre.
Ce ligand dynamique offre aux chimistes une nouvelle façon de synthétiser des molécules aux formes et propriétés spécifiques, créant un potentiel pour de nombreuses applications pratiques en microélectronique et au-delà.
"La prochaine étape consiste à développer des ligands dynamiques qui pourraient être utilisés pour créer des fils moléculaires fabriqués à partir d'autres métaux, ou une combinaison de différents métaux, " dit le Dr Rivada-Wheelaghan. " Par exemple, en insérant sélectivement des atomes de cuivre aux extrémités de la chaîne, et en utilisant un autre type de métal au centre de la chaîne, nous pourrions créer de nouveaux composés aux propriétés électroniques intéressantes, " dit le professeur Khusnutdinova.
