Le motif de tessellation 2D connu sous le nom de "carrelage semi-régulier snub square" ressort clairement sur cette image, qui combine la microscopie à effet tunnel avec l'infographie. Le motif, observé dans une architecture de surface d'une seule molécule d'épaisseur, a été formé par auto-assemblage de lieurs organiques linéaires, imagé comme des tiges, et les centres de cérium lanthanide, visualisé comme des saillies lumineuses. La zone indiquée mesure moins de 25 nanomètres de diamètre. Crédit :Barth Lab, droit d'auteur TUM
Les motifs de tessellation qui ont fasciné les mathématiciens depuis que Johannes Kepler a élaboré leur systématique il y a 400 ans – et qui plus récemment ont attiré l'attention des artistes et des cristallographes – peuvent maintenant être vus en laboratoire. Ils ont d'abord pris forme sur une surface plus parfaitement bidimensionnelle que n'importe quelle feuille de papier à lettres, une seule couche d'atomes et de molécules au sommet d'un substrat atomiquement lisse. Les physiciens ont cajolé ces soi-disant pavages de Kepler "sur la page" grâce à l'auto-assemblage guidé de nanostructures.
Les expériences ont été réalisées par le chercheur postdoctoral David Ecija, Le doctorant Jose Ignacio Urgel et ses collègues du département de physique de la Technische Universitaet Muenchen (TUM), en collaboration avec des scientifiques de Karlsruhe et de Zurich. Ils ont fait part de leurs découvertes dans le Actes de l'Académie nationale des sciences .
Les résultats ouvrent une nouvelle voie de recherche
Des molécules organiques équipées de groupes fonctionnels pour exprimer des liaisons distinctes avec des atomes métalliques ont été déposées sur un substrat d'argent lisse dans des conditions de vide. Par la suite, la couche organique de cette plate-forme a été exposée à un flux atomique de lanthanide cérium. À un certain rapport d'atomes de cérium aux molécules, l'auto-assemblage a produit un motif 2D complexe et symétrique décrit à l'origine par Kepler et connu aujourd'hui sous le nom de carrelage carré retroussé. Clairement identifiable grâce à la microscopie à effet tunnel était un problème récurrent, élément de connexion à cinq sommets de moins d'un nanomètre de diamètre, une unité de coordination cérium-ligand.
Le fait que le motif de mosaïque carré n'ait jamais été fabriqué et vu au niveau moléculaire en exploitant des protocoles d'auto-assemblage était intéressant en soi. Au-delà de ça, les physiciens expliquent, chaque nouvelle architecture de surface pourrait potentiellement ouvrir la voie à une nouvelle physique et chimie, et jusqu'à présent, les structures à cinq sommets se sont révélées insaisissables. En particulier, le fait que l'élément lanthanide cérium ait joué un rôle aussi important marque le début d'une nouvelle voie de recherche.
C'est la première fois que les chercheurs du TUM – membres de l'Institut de nanoscience moléculaire et de physique chimique des interfaces du professeur Johannes Barth – ont coordonné des molécules avec un lanthanide, et la première fois que quelqu'un l'a fait en 2-D. "Et les lanthanides sont spéciaux, " explique David Ecija. " Ils ont des optiques très intrigantes, magnétique, et des propriétés chimiques qui pourraient être intéressantes pour les nanosciences, et peut-être aussi pour les nanotechnologies. Maintenant, nous avons un nouveau terrain de jeu pour la recherche avec les lanthanides, et au-delà."
