C'est la double hélice, avec sa structure stable et flexible de l'information génétique, qui a rendu possible la vie sur Terre en premier lieu. Aujourd'hui, une équipe de l'Université technique de Munich (TUM) a découvert une structure en double hélice dans un matériau inorganique. Le matériau comprenant de l'étain, l'iode et le phosphore est un semi-conducteur aux propriétés optiques et électroniques extraordinaires, ainsi qu'une extrême flexibilité mécanique.

Flexible mais robuste - c'est l'une des raisons pour lesquelles la nature code l'information génétique sous la forme d'une double hélice. Les scientifiques de la TU de Munich ont maintenant découvert une substance inorganique dont les éléments sont disposés sous la forme d'une double hélice.

La substance appelée SnIP, comprenant les éléments étain (Sn), l'iode (I) et le phosphore (P), est un semi-conducteur. Cependant, contrairement aux matériaux semi-conducteurs inorganiques conventionnels, il est très flexible. Les fibres d'un centimètre de long peuvent être pliées arbitrairement sans se rompre.

"Cette propriété de SnIP est clairement attribuable à la double hélice, " dit Daniela Pfister, qui a découvert le matériau et travaille comme chercheur dans le groupe de travail de Tom Nilges, Professeur de synthèse et caractérisation de matériaux innovants à la TU Munich. « SnIP peut être facilement produit à l'échelle du gramme et est, contrairement à l'arséniure de gallium, qui a des caractéristiques électroniques similaires, beaucoup moins toxique."

D'innombrables possibilités d'application

Les propriétés semi-conductrices de SnIP promettent un large éventail d'opportunités d'application, de la conversion d'énergie dans les cellules solaires et les éléments thermoélectriques aux photocatalyseurs, capteurs et éléments optoélectroniques. En se dopant avec d'autres éléments, les caractéristiques électroniques du nouveau matériau peuvent être adaptées à un large éventail d'applications.

En raison de l'arrangement des atomes sous la forme d'une double hélice, les fibres, qui mesurent jusqu'à un centimètre de longueur peuvent être facilement divisés en brins plus minces. Les fibres les plus fines à ce jour ne comportent que cinq brins en double hélice et n'ont que quelques nanomètres d'épaisseur. Cela ouvre également la porte aux applications nanoélectroniques.

"En particulier, la combinaison de propriétés intéressantes des semi-conducteurs et de flexibilité mécanique nous donne un grand optimisme quant aux applications possibles, " dit le professeur Nilges. " Par rapport aux cellules solaires organiques, nous espérons obtenir une stabilité significativement plus élevée des matériaux inorganiques. Par exemple, SnIP reste stable jusqu'à environ 500 °C (930 °F)."

Juste au début

"Semblable au carbone, où nous avons le diamant tridimensionnel (3D), le graphène bidimensionnel et les nanotubes unidimensionnels, " explique le professeur Nilges, "nous avons ici, aux côtés du matériau semi-conducteur 3D silicium et du matériau 2D phosphorène, pour la première fois un matériau unidimensionnel - avec des perspectives tout aussi excitantes que les nanotubes de carbone."

Tout comme les nanotubes de carbone et les encres d'imprimerie à base de polymères, Les doubles hélices SnIP peuvent être mises en suspension dans des solvants comme le toluène. De cette façon, des couches minces peuvent être produites facilement et à moindre coût. "Mais nous n'en sommes qu'au tout début de la phase de développement des matériaux, " déclare Daniela Pfister. " Chaque étape du processus doit encore être élaborée. "

Étant donné que les brins à double hélice de SnIP existent en variantes gauche et droite, les matériaux qui ne comportent qu'un seul des deux doivent présenter des caractéristiques optiques particulières. Cela les rend très intéressants pour les applications optoélectroniques. Mais, jusqu'à présent, aucune technologie n'est disponible pour séparer les deux variantes.

Les calculs théoriques des chercheurs ont montré que toute une gamme d'autres éléments devraient former ce genre de doubles hélices inorganiques. Une protection étendue par brevet est en cours. Les chercheurs travaillent maintenant intensément à la recherche de procédés de production appropriés pour d'autres matériaux.

Une vaste alliance interdisciplinaire travaille sur la caractérisation du nouveau matériau :des mesures de photoluminescence et de conductivité ont été effectuées à l'Institut Walter Schottky de la TU Munich. Des chimistes théoriciens de l'Université d'Augsbourg ont collaboré aux calculs théoriques. Des chercheurs de l'Université de Kiel et de l'Institut Max Planck de recherche sur l'état solide de Stuttgart ont effectué des recherches au microscope électronique à transmission. Les spectres Mössbauer et les propriétés magnétiques ont été mesurés à l'Université d'Augsbourg, tandis que les chercheurs de la TU Cottbus ont contribué aux mesures thermodynamiques.