Les écrans holographiques aident à ajouter une sensation tridimensionnelle - et donc plus réaliste - à ce qui apparaîtrait autrement comme une image bidimensionnelle. Maintenant, des chercheurs au Japon ont testé comment cela peut fonctionner à un niveau supramoléculaire; de tels tests pourraient conduire à des affichages améliorés.

Communément, on ne peut pas superposer un certain type de composant moléculaire qui sous-tend les cristaux liquides disposés en hélice sur leurs images de miroir moléculaire, tout comme une personne ne peut pas superposer ses deux mains et les faire correspondre exactement sans en retourner une. Les molécules ayant cette propriété sont décrites comme "chirales". Certains matériaux utilisent le principe de la chiralité pour faire tourner la lumière dans un plan perpendiculaire à la direction de l'onde lumineuse, connu sous le nom de polarisation circulaire. Comprendre le fonctionnement de ces matériaux peut aider les chercheurs à développer, par exemple, holographie avancée ou codage optique.

Les chercheurs ont longtemps postulé que les assemblages moléculaires hélicoïdaux, une fois illuminé, émettent une lumière polarisée circulairement de manière spatialement anisotrope qui dépend de la morphologie tridimensionnelle et de l'orientation des assemblages. Cependant, cette présomption d'orientation n'a pas été testée de manière concluante au niveau moléculaire. Cela devrait aider les chercheurs à développer des affichages améliorés et à mieux comprendre les principes optiques qui sous-tendent de tels affichages.

Dans une étude publiée récemment dans Journal de l'American Chemical Society , des chercheurs de l'Université de Tsukuba ont démontré la distribution spatiale de la lumière polarisée circulairement émise par un assemblage moléculaire micro-sphérique composé d'un polymère chiral.

"Les polymères constitutifs s'agrègent spontanément entre eux de manière hélicoïdale avec une morphologie micro-sphérique juste par diffusion lente de vapeur de méthanol dans une solution chloroformique du polymère chiral, " explique le professeur Yohei Yamamoto, auteur principal. "Ceci est essentiel pour donner un ordre macroscopique maximal aux assemblages polymères, ce qui est inaccessible dans les états de solution ou de film mince."

L'imagerie par microscopie optique polarisée des microparticules a révélé la forme hélicoïdale, ou en forme de spirale, structure. A partir de ces observations microscopiques, l'équipe en a déduit que la chiralité à l'échelle atomique du polymère définissait le « sens manuel » ou la direction de la texture en spirale des microparticules. Le prélèvement d'une seule microparticule et son observation en la faisant tourner de diverses manières ont confirmé cette déduction.

"La distribution spatiale de la fluorescence polarisée circulairement des particules individuelles manque sensiblement de symétrie rotationnelle, ", explique le professeur Yamamoto. "Ceci est attribuable à l'empilement moléculaire tridimensionnel anisotrope du polymère qui constitue les microparticules."

Les organismes biologiques utilisent fréquemment un empilement hélicoïdal pour replier des protéines ou des acides nucléiques, des polymères biologiques. Un tel repliement peut être utile dans les algorithmes informatiques, l'administration de médicaments, et d'autres technologies. Les chercheurs pourraient s'inspirer des résultats rapportés ici pour incorporer la lecture des couleurs en trois dimensions dans des objets à l'échelle nanométrique. En attendant, les chercheurs disposent désormais d'un nouvel outil polyvalent pour étudier comment utiliser la structure moléculaire pour améliorer les propriétés spatiales des écrans d'ordinateur, laser, et d'autres technologies courantes.