Le Groupe Spectroscopie Moléculaire de l'UPV/EHU, en collaboration avec l'Institut de Catalyse et de Chimie du Pétrole du CSIC (Conseil National de Recherche Espagnol), a développé un matériau hybride hautement fluorescent qui change de couleur en fonction de la polarisation de la lumière qui l'éclaire. La recherche a été publiée dans ACS Photonique , la nouvelle revue consacrée exclusivement à la photonique publiée par l'American Chemical Society.

L'objectif en ce qui concerne les matériaux hybrides avec un composant organique et un autre inorganique est de combiner les meilleurs attributs de chacun en un seul système. Des laboratoires du monde entier travaillent au développement de nouveaux matériaux hybrides pour des applications technologiques dans les nanotechnologies, en particulier, et ces matériaux sont déjà utilisés dans des matériaux légers pour les voitures, équipement sportif, en matériaux biomimétiques, comme les prothèses, etc.

Le matériau hybride recherché par le groupe de recherche du Département de chimie physique devait répondre à un certain nombre d'exigences très spécifiques. Le matériau inorganique hôte devait avoir une structure cristalline avec des nanocanaux parallèles, de sorte que les molécules dans la matière organique invitée, un colorant, pourrait être aligné; la taille des pores de l'hôte devait être inférieure à 1 nm (un millionième de millimètre) pour que le colorant tienne juste; finalement, pas un seul, mais deux colorants de taille et de forme similaires étaient nécessaires, mais ils devaient avoir des propriétés optiques complémentaires qui réagiraient différemment lorsqu'elles étaient stimulées par la lumière.

Le principal défi était donc d'obtenir cette adéquation parfaite entre la nanostructure inorganique et les molécules de colorant. Ils y sont parvenus en utilisant comme matériau hôte un aluminophosphate (AIPO-11) qui a une taille de pores appropriée pour accueillir des colorants avec une structure de trois anneaux benzéniques fusionnés, comme les élus :pyronine, avec fluorescence verte, et acridine, avec fluorescence bleue. « Les teintures entrent dans l'ordre, ils s'alignent le long des nanocanaux, et leurs propriétés fluorescentes en sont améliorées, » a expliqué Virginie Martinez, un chercheur Ramón y Cajal dans le groupe Spectroscopie Moléculaire. L'amélioration est due non seulement au fait que la flexibilité moléculaire du colorant est restreinte, mais aussi parce que ce dernier est inclus de façon monomérique, en d'autres termes, il entre dans le canal en unités séparées, et grâce à cela ils sont très luminescents car la fluorescence est perdue lorsqu'ils sont ajoutés.

Pour obtenir cet ajustement parfait, la procédure de synthèse a joué un rôle fondamental. D'habitude, dans les matériaux hybrides photoactifs la partie organique est insérée dans la partie inorganique à partir de la phase gazeuse ou liquide par diffusion, mais avec cette méthode, le niveau d'occlusion dont cette recherche avait besoin n'a pas été atteint. Ils ont donc choisi d'insérer le colorant dans le gel avec lequel la matière inorganique est synthétisée, de sorte qu'à mesure que le cristal grandissait, le chromophore organique s'incorporait progressivement.

Au début, ils ont inséré un seul colorant, pyronine, et obtenu un matériau hautement luminescent. En réalité, en utilisant la microscopie confocale à fluorescence, ils ont enregistré un alignement presque total des molécules de colorant le long du canal (rapport dichroïque de 40), un alignement qui n'avait pas été signalé auparavant.

Ils ont ensuite incorporé de la pyronine et de l'acridine dans le processus de synthèse en même temps et ont obtenu des cristaux rectangulaires de 30 x 20 microns qui changeaient de couleur de façon frappante en fonction de la polarisation de la lumière par laquelle ils étaient éclairés :si la polarisation avait lieu le long de la canal il a été vu comme vert; s'il s'est produit perpendiculairement, il affichait la couleur bleue. Ce comportement indiquait qu'un transfert d'énergie avait lieu entre les colorants.

« Le réglage de la couleur est aussi un instantané, processus efficace qui peut être complètement inversé et reproduit avec une haute résistance à la fatigue, » a souligné Iñigo López-Arbeloa. Ainsi, les applications potentielles des matériaux hybrides photoactifs de ce type sont nombreuses :ils peuvent être utilisés comme antenne dans les cellules photovoltaïques, stocker des informations, dans les câbles photoniques, dans les systèmes laser, etc. En fait, le nouveau matériau hybride constitue une avancée dans le développement des lasers à solide accordables, d'un grand intérêt biomédical, car ils sont plus faciles à utiliser et moins polluants que les liquides actuellement utilisés.