La surface des métaux joue un rôle clé dans de nombreux domaines technologiquement pertinents, comme la catalyse, la technologie des capteurs et la recherche sur les batteries. Par exemple, la production à grande échelle de nombreux composés chimiques a lieu sur des surfaces métalliques, dont la structure atomique détermine si et comment les molécules réagissent les unes avec les autres. À la fois, la structure de surface d'un métal influence ses propriétés électroniques. Ceci est particulièrement important pour l'efficacité des composants électroniques dans les batteries. Les chercheurs du monde entier travaillent donc intensément au développement de nouveaux types de méthodes pour adapter la structure des surfaces métalliques au niveau atomique.

Une équipe de chercheurs de l'Université de Münster, composé de physiciens et de chimistes et dirigé par le Dr Saeed Amirjalayer, a maintenant développé un outil moléculaire qui permet, au niveau atomique, modifier la structure d'une surface métallique. À l'aide de simulations informatiques, il était possible de prédire que la restructuration de la surface par des molécules individuelles, appelées carbènes N-hétérocycliques, se déroule de la même manière qu'une fermeture à glissière. Pendant le processus, au moins deux molécules de carbène coopèrent pour réarranger la structure de la surface atome par atome. Les chercheurs ont pu confirmer expérimentalement, dans le cadre de l'étude, ce mécanisme "de type fermeture éclair" dans lequel les molécules de carbène travaillent ensemble à la surface de l'or pour joindre deux rangées d'atomes d'or en une seule rangée. Les résultats des travaux ont été publiés dans la revue Angewandte Chemie Édition Internationale .

Dans des études antérieures, les chercheurs de Münster avaient montré la stabilité et la mobilité élevées des molécules de carbène à la surface de l'or. Cependant, aucune modification spécifique de la structure de surface induite par les molécules n'a pu être démontrée auparavant. Dans leur dernière étude, les chercheurs ont prouvé pour la première fois que la structure d'une surface d'or est modifiée très précisément grâce à la coopération entre les molécules de carbène. "Les molécules de carbène se comportent comme un essaim moléculaire - en d'autres termes, ils travaillent ensemble en groupe pour changer la structure à long terme de la surface, " explique Saeed Amirjalayer. " Basé sur le principe de la fermeture éclair, les atomes de surface sont systématiquement réarrangés, et, après ce processus, les molécules peuvent être retirées de la surface."

La nouvelle méthode permet de développer de nouveaux matériaux avec des propriétés chimiques et physiques spécifiques, sans aucun outil macroscopique. « Dans les applications industrielles souvent des outils macroscopiques, telles presses ou rouleaux, sont utilisés, » poursuit Amirjalayer. « En biologie, ces tâches sont assumées par certaines molécules. Notre travail montre une classe prometteuse de molécules synthétisées qui utilise une approche similaire pour modifier la surface.