Une équipe de scientifiques de l'Université Waseda de Tokyo et de la Rigaku Corporation a découvert un nouveau type de transition de phase structurelle cristalline organique appelée transition de phase photo-déclenchée. Hideko Koshima, professeur invité à la Waseda's Research Organization for Nano &Life Innovation et auteur principal de l'étude, dit, "Les mécanismes de transition de phase sont largement utilisés en mémoire, changer, et les matériaux d'actionnement, et nous pensons que cette découverte d'une nouvelle transition de phase a un potentiel à la fois pour la science fondamentale et les domaines d'application. »
Leur étude a été publiée dans Chimie des communications le 20 février, 2019.
Induit par des stimuli externes tels que la température, pression, champs électromagnétiques et lumière, une transition de phase structurelle est un phénomène qui modifie les propriétés physiques et les fonctions des matériaux à l'état solide. Par exemple, alliages à mémoire de forme, qui ont des applications en robotique et en automobile, industries aérospatiale et biomédicale, récupérer leur forme lors du chauffage en raison des transitions martensitiques. Dans les années récentes, les cristaux organiques ont été considérés comme des matériaux candidats pour les actionneurs de nouvelle génération en raison de leur douceur et de leur légèreté.
Avant cette étude, l'équipe a signalé un cristal mécanique qui se plie avec l'exposition à la lumière, ainsi qu'un cristal robotique qui « marche et roule » lorsqu'il est chauffé et refroidi. L'actionnement de ces cristaux peut s'expliquer respectivement par une réaction photochromique, connu sous le nom de photoisomérisation, et transition de phase structurelle. Pour diversifier les mouvements de tels cristaux, les scientifiques ont recherché des cristaux organiques qui présentent les deux phénomènes.
Trouver de tels cristaux n'est pas une tâche facile, nécessitant des essais et des erreurs. Cependant, lorsque l'équipe étudiait le cristal de salicylidèneamine photochromique chiral, non seulement ils ont trouvé qu'il présente les deux phénomènes, mais aussi découvert la nouvelle transition de phase structurelle. "Nous sommes accidentellement tombés sur la transition de phase photo-déclenchée du cristal de salicylidèneamine chiral photochromique, qui présente une transition de phase thermique réversible lors du chauffage et du refroidissement, " explique le professeur Koshima. " En irradiant ce cristal avec de la lumière ultraviolette à -50 degrés C, une température inférieure à sa température de transition thermique (40 degrés C), nous avons trouvé à partir d'une analyse cristallographique aux rayons X que le cristal subit une transformation identique à celle d'une transition de phase thermique."
L'équipe a également appris que la transition de phase photo-déclenchée se produit en raison de la contrainte des molécules produites par photoisomérisation, et Koshima ajoute que la transition de phase photo-déclenchée diffère d'une transition de phase photo-induite, qui a paru dans d'autres publications. "La phase cristalline due à la transition de phase photo-induite n'apparaît que par irradiation lumineuse, qui modifie les propriétés électriques et/ou magnétiques des cristaux en quelques femto- ou picosecondes. Dans la transition de phase photo-déclenchée, la phase cristalline déclenchée par la lumière est identique à celle par transition de phase thermique, induite par le chauffage, mais unique par sa conformation moléculaire, " elle dit.
Étant donné que la transition de phase photo-déclenchée est induite par une irradiation lumineuse et ne nécessite pas de chauffage ni de refroidissement pour que la transition de phase structurelle se produise, les découvertes de l'équipe pourraient « conduire à une nouvelle stratégie pour élargir l'applicabilité des solides photosensibles » et contribuer à la recherche et au développement de la détection de nouvelle génération, commutation, Mémoire, et des actionneurs qui permettent un contrôle à distance et/ou un fonctionnement local par la lumière.
L'équipe envisage maintenant de mesurer et d'évaluer quantitativement l'ampleur de la déformation du cristal causée par la photoisomérisation, étudier systématiquement si la transition de phase photo-déclenchée se produit dans d'autres cristaux en utilisant l'informatique des matériaux, et clarifier ses conditions.
