Des scientifiques de l'Université de Groningen (Pays-Bas) et de l'Université de Würzburg (Allemagne) ont étudié un système de collecte de lumière biomimétique simple utilisant une spectroscopie avancée combinée à une plate-forme microfluidique. Les nanotubes à double paroi fonctionnent très efficacement à de faibles intensités lumineuses, alors qu'ils sont capables de se débarrasser de l'excès d'énergie à des intensités élevées. Ces propriétés sont utiles dans la conception de nouveaux matériaux pour la récolte et le transport de l'énergie photonique. Les résultats ont été publiés dans la revue Communication Nature le 10 octobre.

La capacité remarquable des complexes photosynthétiques naturels à exploiter efficacement la lumière du soleil, même dans des environnements sombres, a suscité un intérêt généralisé pour le déchiffrement de leur fonctionnalité. Comprendre le transport de l'énergie à l'échelle nanométrique est essentiel pour une gamme d'applications potentielles dans le domaine de l'optoélectronique. L'écrasante complexité des systèmes photosynthétiques naturels, composé de plusieurs sous-unités hiérarchisées, conduit les scientifiques à se tourner vers les analogues biomimétiques, qui sont structurés comme leurs homologues naturels mais peuvent être plus facilement contrôlés.

Molécules de récolte de lumière

Le groupe Optical Condensed Matter Science et le groupe Theory of Condensed Matter (tous deux au Zernike Institute for Advanced Materials, University of Groningen) ont uni leurs forces avec des collègues de l'Université de Würzburg (Allemagne) pour obtenir une image complète du transport d'énergie dans un complexe de récolte de lumière artificielle. Ils ont utilisé une nouvelle approche spectroscopique de laboratoire sur puce, qui combine une spectroscopie multidimensionnelle résolue en temps avancée, microfluidique, et une modélisation théorique approfondie.

Les scientifiques ont étudié un dispositif de collecte de lumière artificielle, inspiré par le réseau d'antennes tubulaires à parois multiples des bactéries photosynthétiques trouvées dans la nature. Le dispositif biomimétique est constitué de nanotubes constitués de molécules photorécoltantes, auto-assemblé dans un nanotube à double paroi. "Toutefois, même ce système est assez complexe, " explique Maxim Pshenichnikov, professeur de spectroscopie ultrarapide à l'Université de Groningue. Son groupe a conçu un système microfluidique, dans lequel la paroi externe du tube peut être sélectivement dissoute et, Donc, éteint. "Ce n'est pas stable, mais dans le système d'écoulement, il peut être étudié." De cette façon, les scientifiques ont pu étudier à la fois la chambre à air et le système complet.

S'adapter

A faible intensité lumineuse, le système absorbe des photons dans les deux parois, créant des excitations ou des excitons. "En raison des différentes tailles des murs, ils absorbent des photons de différentes longueurs d'onde, " explique Pshenichnikov. " Cela augmente l'efficacité. " A une intensité lumineuse élevée, un grand nombre de photons sont absorbés, créant un grand nombre d'excitons. "Nous avons observé que, quand deux excitons se rencontrent, l'un d'eux cesse en fait d'exister." Cet effet agit comme une sorte de soupape de sécurité, car un nombre élevé d'excitons pourrait endommager les nanotubes.

Ainsi, les scientifiques ont également démontré que le nanotube moléculaire à double paroi est capable de s'adapter aux conditions d'éclairage changeantes. Ils imitent les éléments fonctionnels essentiels de la boîte à outils de conception de la nature dans des conditions de faible luminosité en agissant comme des antennes très sensibles, mais éliminent l'excès d'énergie à haute intensité lorsqu'il y a trop de lumière, une situation qui ne se produirait normalement pas dans la nature. Ces deux propriétés ouvrent la voie à un meilleur contrôle du transport de l'énergie à travers des matériaux moléculaires complexes.