Les molécules chirales existent sous deux formes, appelées énantiomères, qui sont des images miroir les unes des autres et non superposables, un peu comme une paire de mains. Bien qu'ils partagent la plupart des propriétés chimiques et physiques, les énantiomères peuvent avoir des effets néfastes sur les phénomènes (bio)chimiques. Par exemple, une protéine ou une enzyme ne peut lier qu'une seule forme énantiomère d'une molécule cible. Par conséquent, l'identification et le contrôle de la chiralité sont souvent essentiels à la conception de composés (bio)chimiques, par exemple dans les industries alimentaires, des parfums et pharmaceutiques.

Une technique la plus courante pour détecter la chiralité est appelée dichroïsme circulaire, qui mesure comment les échantillons chiraux absorbent différemment la lumière polarisée circulairement à gauche et à droite pour identifier directement les paires d'énantiomères. Le dichroïsme circulaire peut également aider à résoudre la conformation d'une molécule grâce à sa réponse chirale, une caractéristique qui en a fait un outil analytique populaire dans les sciences (bio)chimiques.

Cependant, le dichroïsme circulaire a jusqu'à présent été limité en résolution temporelle et en plage spectrale. Des chercheurs, dirigés par Malte Oppermann dans le groupe de Majed Chergui à l'EPFL, ont mis au point un nouvel instrument résolu en temps qui mesure les changements de dichroïsme circulaire en fractions de picoseconde (un billionième de seconde), ce qui signifie qu'il peut prendre des instantanés ultrarapides de la chiralité d'une molécule tout au long de son activité (bio)chimique. Cela permet de capturer la chiralité des molécules photoexcitées et de résoudre le mouvement conformationnel qui entraîne la conversion de l'énergie lumineuse absorbée.

Dans une collaboration avec le groupe de Jérôme Lacour de l'Université de Genève et de Francesco Zinna de l'Université de Pise, les chercheurs ont utilisé la nouvelle méthode pour étudier la dynamique de commutation magnétique des soi-disant "complexes de croisement de spin à base de fer" - une classe importante de molécules métallo-organiques avec des applications prometteuses dans les dispositifs de stockage et de traitement de données magnétiques. Après des décennies de recherche, le mécanisme de désactivation de leur état magnétique est resté non résolu, malgré son importance pour le stockage de données magnétiques.

En réalisant une expérience de dichroïsme circulaire résolu en temps, les chercheurs ont découvert que la perte d'aimantation est entraînée par une torsion de la structure de la molécule qui déforme sa symétrie chirale. Remarquablement, l'équipe a également été en mesure de ralentir la dégradation de l'état magnétique en supprimant le mouvement de torsion dans les complexes modifiés.

"Ces expériences révolutionnaires montrent que le dichroïsme circulaire résolu dans le temps est particulièrement adapté pour capturer le mouvement moléculaire à l'origine de nombreux processus (bio)chimiques", déclare Malte Oppermann. "Cela offre une nouvelle façon d'étudier les phénomènes dynamiques difficiles, par exemple les rotations ultrarapides des moteurs moléculaires synthétiques et les changements conformationnels des protéines et des enzymes dans leur environnement liquide natif."

L'étude est publiée dans Nature Chemistry . + Explorer plus loin

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