Les transferts de charge photoinduits sont une propriété électronique intéressante du bleu de Prusse et de certains composés de structure analogue. Une équipe de chercheurs a maintenant pu élucider les processus ultrarapides du transfert de charge induit par la lumière entre le fer et le manganèse dans un analogue du bleu de Prusse contenant du manganèse. Comme indiqué dans le journal Angewandte Chemie , différents processus induits par la lumière peuvent conduire le transfert de charge.

Le bleu de Prusse est un pigment inorganique d'un bleu intense qui est utilisé dans les peintures, teinture, et médecine, entre autres. Le réseau cristallin de ce K[Fe ^II Fe ^{II je} (CN) 6 ] contient une alternance d'atomes de fer divalents et trivalents. La couleur intense résulte d'un transfert de charge :lorsqu'il est irradié par la lumière, les électrons sont transférés du Fe ^II au Fe ^{II je} . Même si ce pigment n'est pas utilisé aujourd'hui pour teindre les textiles, ses propriétés électroniques particulières font du bleu de Prusse un candidat intéressant pour d'autres applications, y compris les vitres à translucidité autoréglable, composants optoélectroniques, absorption de gaz, et catalyse. Il pourrait également servir de matériau pour les électrodes dans de nouveaux dispositifs de stockage d'énergie.

Au cours des années, des composés tout aussi intéressants qui contiennent d'autres métaux mais ont des structures analogues ont été produits, tels que RbMnFe, qui est un analogue du bleu de Prusse dans lequel le manganèse remplace une partie des ions fer. A basse température, le réseau est constitué de manganèse trivalent et d'ions fer divalents. Le manganèse est entouré selon un schéma octaédrique par les atomes d'azote des ligands cyanures, tandis que le fer est entouré d'un octaèdre constitué d'atomes de carbone de cyanure. Sous la lumière, le transfert de charge se produit de la même manière que le bleu de Prusse :Mn ^{II je} Fe ^II → Mn ^II Fe ^{II je} . Le processus est local et ultrarapide.

Étudier un processus aussi rapide est un défi. Une équipe dirigée par Hiroko Tokoro (Université de Tsukuba, Japon), Shin-ichi Ohkoshi (Université de Tokyo, Japon), et Eric Collet (Université de Rennes 1, France) a relevé ce défi en utilisant une technique de spectroscopie optique ultrarapide appelée spectroscopie à sonde de pompe, qui a une résolution de 80 femtosecondes (80 quadrillions de seconde). Dans cette méthode, les électrons du composé sont déplacés vers un état d'énergie plus élevé par excitation avec une impulsion laser. Après une courte période, le système est irradié avec une seconde impulsion laser à une longueur d'onde différente et l'absorption est mesurée. La combinaison des résultats de ces expériences avec les calculs des structures de bandes électroniques a montré qu'il existe deux voies différentes de photocommutation pour le transfert de charge. Ils ont des dynamiques différentes qui résultent de types très différents d'excitation électronique initiale.

La voie primaire (Mn ^{II je} (d-d)-pathway) commence lorsque la lumière excite un électron dans une orbitale d sur un Mn ^{II je} dans un autre, énergie un peu plus élevée d orbitale sur le même Mn ^{II je} . Cela conduit à un relâchement et un allongement de la liaison entre le Mn ^{II je} et certains des atomes d'azote voisins. Cela provoque une compression de l'octaèdre autour du manganèse (distorsion Jahn-Teller inverse), ce qui conduit à une distorsion locale du réseau et à des vibrations cohérentes. C'est la force motrice pour le transfert d'un électron (transfert de charge) du fer au manganèse (Mn ^{II je} Fe ^II → Mn ^II Fe ^{II je} ). L'échelle de temps de ce processus est inférieure à 200 femtosecondes.

En outre, une autre voie de transfert d'intervalle joue également un rôle. Dans ce processus, un électron du fer est excité par la lumière et soulevé directement dans une orbitale sur le manganèse. La réorganisation plus lente ne provoque aucune vibration de réseau cohérente.