Les artistes utilisent des nanoparticules d'or depuis des siècles, car ils produisent des couleurs vives lorsque la lumière du soleil les frappe. Leurs propriétés optiques-électroniques uniques ont placé les nanoparticules d'or au centre de la recherche, cellules solaires, capteurs, chimiothérapie, l'administration de médicaments, applications biologiques et médicales, et conducteurs électroniques. Les propriétés des nanoparticules d'or peuvent être ajustées en changeant leur taille, forme, chimie de surface etc., mais contrôler ces aspects est difficile.
Publication dans Lettres nano , des chercheurs dirigés par Fabrizio Carbone à l'EPFL ont mené une étude inédite sur la structure des nanoparticules d'or. En collaboration avec le laboratoire de Francesco Stellacci (EPFL), les chercheurs y sont parvenus à l'aide d'un appareil appelé "diffractomètre électronique à résolution temporelle à petit angle", ce qui leur a permis d'étudier les arrangements structurels des nanoparticules d'or à des vitesses ultrarapides – des quadrillions de seconde.
Le diffractomètre en lui-même est intéressant car il utilise une alternative bon marché à une technique très coûteuse :le laser à électrons libres (FEL). Le FEL utilise des électrons pour générer des rayons X qui peuvent « étudier » des molécules jusqu'au niveau atomique – en milliardièmes de mètre. Un outil aussi puissant coûte normalement plus d'un milliard de dollars. Mais en 2010, des chercheurs des Pays-Bas ont développé une méthode alternative appelée en plaisantant « LEF du pauvre », qui examine les matériaux avec un faisceau d'électrons d'impulsions ultrarapides, et obtenir des résultats similaires.
Dans cette étude, les chercheurs ont développé un dispositif de diffractomètre qui utilise le « LEF du pauvre » et exploite la haute sensibilité des électrons pour interagir avec la matière. L'appareil peut étudier des monocouches et des échantillons très minces contenant des éléments légers, par exemple. l'hydrogène et le carbone. Et quand il s'agit d'agrégats denses et de petites molécules, le diffractomètre électronique à résolution temporelle à petit angle peut atteindre l'extrême sensibilité d'un FEL traditionnel, mais à une fraction du coût :moins d'un million de dollars.
A la recherche de l'or
En utilisant cette approche, les chercheurs de l'EPFL ont pu obtenir un film dans lequel les changements structurels des nanoparticules d'or déclenchés par la lumière ont été capturés avec une résolution atomique à la fois dans le temps et dans l'espace.
Ces expériences montrent que les molécules de ligand attachées aux nanoparticules d'or peuvent s'auto-assembler et s'ordonner dans des orientations préférentielles, qui est central pour créer des nanostructures ordonnées. Encore plus frappante fut la découverte que cette lumière elle-même peut induire de tels phénomènes d'ordre, fournir un outil unique pour contrôler la physique des nanoparticules d'or, avec un grand potentiel pour les applications optoélectroniques telles que les cellules solaires photovoltaïques organiques (OPV), etc.
L'étude fournit la preuve de concept que le diffractomètre électronique à résolution temporelle à petit angle permet l'étude systématique des propriétés structurelles des matériaux nano-assemblés". Les auteurs s'attendent à ce que cela ait une incidence significative sur de multiples applications, y compris le traitement du signal, la biologie et même l'administration future de médicaments.
