Lorsque la lumière bleue brille sur l'extrémité dysprosium des cristaux de lanthanide liés (cristal bleu), l'extrémité terbium (cristal orange) devient verte. Ceci est assimilé à un train transportant de l'énergie. Crédit :Pedro Paulo Ferreira da Rosa, et al, Nature Communications , 5 juillet 2022.
Les métaux de terres rares, lorsqu'ils sont liés, peuvent servir de conduit pour le flux d'énergie et s'avérer prometteurs pour le développement de nouveaux matériaux.
Les scientifiques ont connecté deux cristaux mous et observé le transfert d'énergie entre eux, une découverte qui pourrait conduire au développement de matériaux sophistiqués et réactifs. L'étude, réalisée par des scientifiques de l'Université d'Hokkaido au Japon, a été publiée dans la revue Nature Communications .
Les cristaux mous sont des solides moléculaires flexibles avec des structures hautement ordonnées. Lorsqu'ils sont soumis à des stimuli externes, tels que la vapeur ou le frottement, leurs structures moléculaires sont réorganisées et ils réagissent en changeant de forme, de couleur ou de luminescence.
"Nous voulions savoir ce qui se passerait si nous fusionnions des cristaux mous au niveau moléculaire pour les connecter", explique Yasuchika Hasegawa, chimiste des matériaux à l'Université d'Hokkaido et auteur principal de l'étude. Hasegawa et son équipe ont utilisé des métaux de terres rares appelés lanthanides, dont les ions ont des rayons tout aussi grands et forment donc des structures similaires. Les composés lanthanides, au nombre de 15, sont intéressants car ils peuvent luminescence.
L'équipe a étudié les structures de cristaux fabriqués à partir des lanthanides de terbium (Tb), qui luminescent en vert, et de dysprosium (Dy), qui luminescent en jaune. L'équipe a d'abord lié les cristaux de chaque lanthanide séparément et a observé les structures et le transfert d'énergie au sein des composés. Ils ont ensuite utilisé ces informations pour fusionner les cristaux de Tb(III) et de Dy(III) par une liaison pyridine et ont examiné la structure moléculaire d'un transfert d'énergie au sein du "train moléculaire" fusionné.
Une micrographie lumineuse des cristaux mous de lanthanide liés utilisés dans cette étude ; le cristal de dysprosium est à gauche et le cristal de terbium est à droite. Crédit :Pedro Paulo Ferreira da Rosa, et al. Communication Nature . 5 juillet 2022
Lorsqu'ils ont excité l'extrémité dysprosium du train à l'aide de lumière bleue, ils ont observé une luminescence verte à l'extrémité opposée du terbium. Leurs calculs ont révélé que l'énergie était transférée d'un cristal à l'autre sur une distance de 150 micromètres. "Cette distance de migration d'énergie est la plus longue rapportée pour les polymères de coordination des lanthanides ou les systèmes complexes", explique Hasegawa. L'extrémité terbium a continué à luminescence pendant 0,60 millisecondes.
La connexion de cristaux mous pourrait conduire à la formation de nouvelles structures cristallines qui pourraient avoir des applications dans les semi-conducteurs, les lasers, les fibres optiques et l'impression. Les microtiges constituées de structures organiques de lanthanoïdes agissent comme des guides d'ondes optiques à l'échelle microscopique
