Une nouvelle étude menée par des chimistes de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign apporte un nouvel aperçu du développement de matériaux semi-conducteurs capables de faire des choses que leurs homologues traditionnels en silicium ne peuvent pas faire :exploiter le pouvoir de la chiralité, une image miroir non superposable.
La chiralité est l'une des stratégies naturelles utilisées pour créer de la complexité dans les structures, la double hélice de l'ADN étant peut-être l'exemple le plus reconnu :deux chaînes moléculaires reliées par une « épine dorsale » moléculaire et tordues vers la droite.
Dans la nature, les molécules chirales, comme les protéines, canalisent l'électricité très efficacement en transportant sélectivement les électrons de même direction de spin.
Les chercheurs travaillent depuis des décennies pour imiter la chiralité naturelle dans des molécules synthétiques. Une nouvelle étude, dirigée par le professeur de chimie chimique et biomoléculaire Ying Diao, étudie dans quelle mesure diverses modifications d'un polymère non chiral appelé DPP-T4 peuvent être utilisées pour former des structures hélicoïdales chirales dans des matériaux semi-conducteurs à base de polymère.
Les applications potentielles incluent des cellules solaires qui fonctionnent comme des feuilles, des ordinateurs qui utilisent les états quantiques des électrons pour calculer plus efficacement et de nouvelles techniques d'imagerie qui capturent des informations en trois dimensions plutôt qu'en 2D, pour n'en nommer que quelques-unes.
Les résultats de l'étude sont publiés dans la revue ACS Central Science. .
"Nous avons commencé par penser qu'apporter de petites modifications à la structure de la molécule DPP-T4, obtenues en ajoutant ou en modifiant les atomes connectés au squelette, modifierait la torsion de la structure et induirait une chiralité", a déclaré Diao. "Mais nous avons vite découvert que les choses n'étaient pas si simples."
En utilisant la diffusion des rayons X et l'imagination, l'équipe a découvert que leurs "légers ajustements" provoquaient des changements majeurs dans les phases du matériau.
"Ce que nous avons observé est une sorte d'effet Boucle d'or", a déclaré Diao. "Habituellement, les molécules s'assemblent comme un fil torsadé, mais tout à coup, lorsque nous tordons la molécule jusqu'à une torsion critique, elles commencent à s'assembler en de nouvelles mésophases sous la forme de plaques ou de feuilles plates. En testant pour voir dans quelle mesure ces structures pouvaient se plier En lumière polarisée – un test de chiralité – nous avons été surpris de découvrir que les feuilles peuvent également se tordre en structures chirales cohésives. »
Les découvertes de l'équipe mettent en lumière le fait que tous les polymères ne se comporteront pas de la même manière lorsqu'ils seront modifiés dans le but d'imiter le transport efficace des électrons dans les structures chirales. L'étude rapporte qu'il est essentiel de ne pas négliger les structures complexes de mésophase formées pour découvrir des phases inconnues pouvant conduire à des propriétés optiques, électroniques et mécaniques inimaginables auparavant.
Plus d'informations : Kyung Sun Park et al, Des changements moléculaires subtils modulent largement les assemblages hélicoïdaux chiraux de polymères conjugués achiraux en ajustant l'agrégation solution-état, ACS Central Science (2023). DOI : 10.1021/acscentsci.3c00775
Informations sur le journal : Science centrale de l'ACS
Fourni par l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign
