Les mains et les pieds sont deux exemples d'objets chiraux - des images miroir non superposables l'une de l'autre. Une image est distinctement "gaucher, " tandis que l'autre est " droitier ". Un simple verre à boire et une boule sont achiraux, ce qui signifie que l'objet et son image miroir se ressemblent exactement.

Dans la science, la chiralité est un concept fondamental dans de nombreuses disciplines, y compris la médecine. Dans les années 50 et au début des années 60, les femmes enceintes se sont vu prescrire le sédatif thalidomide, mais le médicament a produit d'horribles malformations congénitales chez des milliers d'enfants à travers le monde. La raison :la molécule de thalidomide est chirale, et tandis que la molécule de gauche était en effet un sédatif, celui de droite s'est avéré plus tard produire des anomalies fœtales.

Jusqu'à très récemment, une "maniabilité" similaire dans des films de grande surface avec une précision à l'échelle atomique n'avait pas été étudiée. L'équipe de recherche du parc Jiwoong de Cornell a innové dans ce domaine, développer un film chiral atomiquement mince de seulement 2 atomes d'épaisseur, par empilement circulaire de graphène.

Ce matériau présente un intérêt dans les domaines de l'optique de polarisation, stéréochimie, optoélectronique et électronique de transport de spin, ou spintronique.

"Je dirais que ça fait longtemps qu'on est curieux, si nous pouvons fabriquer ce matériau, " dit Parc, professeur agrégé de chimie et de biologie chimique et membre exécutif de l'Institut Kavli à Cornell pour la science à l'échelle nanométrique.

Le papier du groupe Park, "Films chiraux atomiquement minces, " a été publié le 22 février dans Nature Nanotechnologie . Park et Cheol-Joo Kim, chercheur postdoctoral en chimie et biologie chimique, conçu et mené les expériences et co-écrit le document.

Les contributeurs incluent Zack Ziegler '16, une majeure en génie physique; l'ancien postdoctorant de Cornell Yui Ogawa; et Cecilia Noguez de l'Instituto de Fisica, Universidad Nacional Autonoma de Mexico. Noguez est l'un des plus grands physiciens computationnels au monde, et elle a aidé à calculer les résultats du groupe Park.

"Cette découverte et sa confirmation peuvent avoir de nombreuses implications en science pure et appliquée, " a déclaré Noguez. " Cela peut être appliqué pour détecter des biomolécules, et pour induire et contrôler la catalyse asymétrique, entre autres. Je suis sûr que cette découverte ouvre de nouvelles directions de recherche pour d'autres matériaux 2D."

Pour l'expérimentation, Kim et Ogawa ont fait pousser des feuilles de graphène sur du cuivre, puis coupez-les en plusieurs feuilles. Ces feuilles ont ensuite été empilées, avec chaque feuille légèrement tournée avant d'être placée sur celle en dessous. La rotation s'est faite dans le sens des aiguilles d'une montre sur une pile et dans le sens inverse des aiguilles d'une montre sur l'autre pour former des piles pour droitiers et gauchers.

De la lumière à polarisation circulaire - des faisceaux alternés à gauche et à droite - a été projetée sur les piles, et dichroïsme circulaire (ou CD, l'absorption différentielle de la lumière gauche et droite), a été mesuré. C'est le dichroïsme circulaire des lunettes 3D qui permet de voir un film en trois dimensions.

Le CD du film spécial au graphène était plus fort que prévu par le groupe. Après des mois de travail acharné et quelques revers, cette découverte a eu lieu autour de Thanksgiving 2014, et "c'est alors que tout le processus s'est accéléré, ", a déclaré Kim.

Mais après avoir réalisé cette percée à l'échelle atomique, le groupe devait quantifier ses résultats, alors il s'est tourné vers Noguez.

"C'est l'un de ces rares cas où nous savions exactement ce que nous voulions, donc nous savions quelle quantité devait être calculée, " Park dit. " Ce n'est pas un calcul facile, et nous avons fait beaucoup de recherches et réalisé que Cecilia est la meilleure personne pour faire ça."

Noguez a admis que son groupe avait d'abord été surpris par les découvertes de Park, mais en les analysant davantage, la recherche avait un sens.

"Nous avons prédit il y a longtemps un comportement similaire pour les nanotubes de carbone monoparoi et plus récemment dans les nanoparticules métalliques à ligand protégé, " dit-elle. " Donc à la fin, ces résultats avaient du sens pour moi."