Origines des effets chiroptiques explorées dans ce travail. (a) un dessin illustrant les mécanismes qui sous-tendent la réponse chiroptique dans des films minces non alignés et alignés et (b) les systèmes polymères évalués ici, et (c) dichroïsme circulaire résolu dans l'espace (résolution de 50 microns) d'un polymère achiral recuit mélangé avec un additif chiral (ACPCA) en utilisant la ligne de lumière B23. Crédit :Nature Communications
Le 10, Le 000e article publié par Diamond Light Source pourrait changer fondamentalement le paysage technologique en permettant une nouvelle génération d'appareils. Cette étude présente une nouvelle façon d'examiner la chiralité dans les films polymères minces qui sont importants pour l'électronique. Il présente des informations perturbatrices sur les films polymères chiraux, qui émettent et absorbent la lumière polarisée circulairement, et offre la promesse de réaliser des avancées technologiques importantes, y compris des écrans hautes performances, Imagerie 3D et informatique quantique. Ces résultats ont été publiés récemment dans Communication Nature .
La chiralité est une propriété de symétrie fondamentale de l'univers. Nous voyons des paires d'images miroir gauchers (LH) et droitiers (RH) dans tout, des escargots et des petites molécules aux galaxies spirales géantes. La lumière peut aussi avoir une chiralité. Comme la lumière voyage, son champ électrique interne peut tourner à gauche ou à droite créant une polarisation circulaire LH ou RH. La capacité de contrôler et de manipuler ce chiral, la lumière polarisée circulairement présente des opportunités dans l'optoélectronique de nouvelle génération (figures 1a et 1b). Cependant, l'origine des grands effets chiroptiques dans les films minces polymères (figures 1c et 2) est restée insaisissable pendant près de trois décennies. Dans cette étude, un groupe de chercheurs de l'Imperial College de Londres, l'Université de Nottingham, l'Université de Barcelone, Diamond Light Source et le J.A. Woollam Company a utilisé la ligne de faisceaux de dichroïsme circulaire à rayonnement synchrotron de Diamond (B23) et la source de lumière avancée en Californie.
"Cette étude révolutionnaire montre comment les capacités de Diamond peuvent être utilisées pour étudier des processus qui se produisent normalement loin de notre portée. Les résultats de l'équipe présentent une feuille de route pour introduire des propriétés chiroptiques dans davantage d'appareils électroniques à l'avenir, " dit le professeur Laurent Chapon, directeur des sciences physiques chez Diamond.
Réponse chiroptique in situ des films minces ACPCA et polymères chiraux cholestériques (CSCP). Spectres CD in situ enregistrés pendant le chauffage et le refroidissement de films minces ACPCA (F8BT :aza[6]H) et CSCP (cPFBT) (le bleu représente les basses températures et le rouge les températures élevées), (c) et (d) l'intensité CD enregistrée à 480 nm en fonction de la température pendant le chauffage (rouge) et le refroidissement (bleu), et (e) et (f) intensité CD des films minces maintenus à 140°C en fonction du temps pour les systèmes [P] (turquoise) et [M] (violet) (noter le temps différent sur l'axe). Crédit: Communication Nature
Le dichroïsme circulaire (CD) a une histoire étonnamment longue. Dans le 19ème siècle, Des scientifiques français ont observé que les molécules chirales qui ne se superposent pas à leur image miroir absorbent différemment la lumière polarisée circulairement à gauche et à droite en fonction de leur configuration (comme pour les acides aminés L ou D) et aussi de la latéralité de leur structure. Dans les années 1960, les scientifiques avaient réalisé que le CD pouvait être extrêmement utile pour l'étude de structures matérielles complexes. La ligne de faisceau B23 de Diamond est dédiée au CD et génère un micro-faisceau monochromatique hautement collimaté allant de l'ultraviolet (UV) sous vide à la lumière visible.
Pour cette étude, l'équipe de recherche a combiné des études de CD ultraviolets à Diamond avec des mesures de diffusion des rayons X doux sur le bord K du carbone résonant à la source de lumière avancée.
"En utilisant une combinaison de méthodes spectroscopiques et de sondes structurelles, les chercheurs ont remis en question la validité de l'interprétation des données jusqu'à présent de ces films polymères, " explique le professeur Giuliano Siligardi, scientifique principal de la ligne de lumière sur la ligne de lumière B23 de Diamond.
On pensait auparavant que les effets chiroptiques importants observés dans ces films polymères étaient causés par une chiralité structurelle comme celle observée dans la phase cristalline liquide cholestérique. Cependant, cette étude montre que, dans des conditions pertinentes pour la fabrication de dispositifs, elles sont plutôt causées par un couplage magnéto-électrique qui génère l'activité optique naturelle de ces polymères.
