Les chercheurs ont établi une approche pour identifier l'orientation des molécules et des liaisons chimiques dans des films minces hybrides organiques-inorganiques cristallins déposés sur des substrats à l'aide de la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FT-IR) et de la lumière infrarouge polarisée avec une réflectance totale atténuée (ATR) imprimée en 3D. unité. Cette méthode peu coûteuse avec un équipement de laboratoire atteint rapidement le modèle de structure cristalline de films même extrêmement minces de moins de 10 nm.

"Tout problème peut être résolu avec un peu d'ingéniosité."

Bien qu'ils ne soient peut-être pas les auteurs de cette citation, Les récents travaux de chercheurs de l'Université de la préfecture d'Osaka sur la compréhension de l'orientation moléculaire du matériau hybride à couche mince sont un exemple concret de son message central. « Nous voulions que tout le monde ait accès à cette connaissance, " déclare le responsable de la recherche, Professeur Masahide Takahashi de l'OPU Graduate School of Engineering. En utilisant un équipement de laboratoire avec des configurations optiques imprimables en 3D, son groupe de recherche a établi une méthode facile, polyvalent, approche encore très sensible pour identifier l'orientation des molécules et des liaisons chimiques dans un film mince hybride cristallin organique-inorganique déposé sur un substrat aussi petit que 10 nm, "même film avec trois couches moléculaires, " précise le professeur. Leurs travaux ont été publiés le 18 juin dans Sciences chimiques .

L'équipement qu'ils ont utilisé était un spectromètre qui utilise une technique appelée spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FT-IR) et une lumière infrarouge polarisée avec une unité de réflectance totale atténuée (ATR) imprimée en 3D à l'origine. Les spectromètres FT-IR se trouvent dans la plupart des laboratoires en partie parce qu'ils montrent quelles molécules se trouvent dans un échantillon, mais ils n'ont pas été en mesure de révéler l'orientation tridimensionnelle de ces molécules par rapport aux substrats. Ceci est important pour la fabrication de dispositifs à couche mince pouvant mesurer des nanomètres, car un changement imprévu de l'orientation moléculaire à ce niveau peut entraîner la rupture de toute la structure du dispositif.

Classiquement, en spectroscopie FT-IR en configuration transmission, la lumière infrarouge pénètre par le haut de l'échantillon comme une brochette. Ce point d'entrée et de sortie étroit ne permet pas à l'échantillon d'interagir suffisamment avec la lumière pour exciter les molécules dans leurs états chimiquement liés. "Nous avons réalisé qu'en réorientant l'échantillon, nous pourrions introduire de la lumière polarisée directement dans le substrat du film mince, générer une onde évanescente qui chauffe l'échantillon, excitant certaines molécules et trahissant leur orientation, " déclare Bettina Baumgartner, un chercheur invité de l'équipe.

"Nous avions juste besoin d'un nouveau type d'interface exemple, " ajoute le professeur agrégé Kenji Okada. C'est là que l'équipe a conçu une toute nouvelle configuration optique ATR qui fait rebondir la lumière infrarouge polarisée à travers l'intégralité du substrat de l'échantillon, permettant à l'équipe d'observer la vibration de toutes les molécules alignées avec la composante du champ électrique du lumière infrarouge, révélant leur orientation. N'importe quel laboratoire équipé d'une imprimante 3D peut réaliser ces configurations optiques ATR.

Cette méthode, que l'équipe a utilisé pour obtenir les informations structurelles d'un film mince à structure métal-organique avec un degré d'orientation cristalline comparable à l'analyse structurelle aux rayons X, devrait être une méthode utile dans de nombreuses situations en science des matériaux, comme lorsque le contrôle de l'orientation est lié au contrôle des propriétés physiques, l'amélioration fonctionnelle des matériaux poreux utilisés pour le CO 2 Capturer, et le développement de nouveaux catalyseurs hétérogènes.