Quelles propriétés photophysiques possède le carbyne ? C'était l'objet de recherches menées par des scientifiques de la Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), l'Université de l'Alberta, Canada, et l'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne en Suisse, ce qui a permis de mieux comprendre les propriétés de cette forme inhabituelle de carbone. Leurs résultats ont été publiés dans la dernière édition de la revue Communication Nature .

"Le carbone a un statut très particulier dans le tableau périodique des éléments et constitue la base de toutes les formes de vie en raison du nombre extrêmement important de composés chimiques qu'il peut former, " explique le professeur Dr. Dirk M. Guldi de la chaire de chimie physique I de la FAU. " Les exemples les plus connus sont le graphite tridimensionnel et le diamant. Cependant, graphène bidimensionnel, les nanotubes à une dimension et les nanopoints à zéro dimension ouvrent également de nouvelles opportunités pour les applications électroniques à l'avenir. »

Matériau aux propriétés extraordinaires

Carbyne est une modification du carbone, connu comme un allotrope. Il est fabriqué synthétiquement, comprend une seule et très longue chaîne d'atomes de carbone, et est considéré comme un matériau aux propriétés électroniques et mécaniques extrêmement intéressantes. "Toutefois, le carbone a une forte réactivité sous cette forme, " souligne Prof. Dr. Clémence Corminboef de l'EPFL. "De telles chaînes longues sont extrêmement instables et donc très difficiles à caractériser."

En dépit de ce fait, l'équipe de recherche internationale a réussi à caractériser les chaînes en utilisant un itinéraire giratoire. Les scientifiques dirigés par le professeur Dr. Dirk M. Guldi à la FAU, Pr Dr Clémence Corminboeuf, Le professeur Holger Frauenrath de l'EPFL et le professeur Dr Rik R. Tykwinski de l'Université de l'Alberta ont remis en question les hypothèses existantes sur les propriétés photophysiques du carbyne et ont obtenu de nouvelles connaissances.

Au cours de leurs recherches, l'équipe s'est principalement concentrée sur ce que l'on appelle les oligoynes. "Nous pouvons fabriquer des chaînes de carbyne de longueurs spécifiques et les protéger de la décomposition en ajoutant un type de pare-chocs fait d'atomes aux extrémités des chaînes. Cette classe de composé a une stabilité chimique suffisante et est connue sous le nom d'oligoyne, " explique le Prof. Dr. Holger Frauenrath de l'EPFL.

Utilisation de la bande interdite optique

Les chercheurs ont spécifiquement fabriqué deux séries d'oligoynes avec des symétries variables et avec jusqu'à 24 liaisons triples et simples alternées. En utilisant la spectroscopie, ils ont ensuite suivi les processus de désactivation des molécules concernées depuis l'excitation avec la lumière jusqu'à la relaxation complète. "Nous avons ainsi pu déterminer le mécanisme derrière l'ensemble du processus de désactivation des oligoynes d'un état excité jusqu'à leur état initial d'origine et, grâce aux données que nous avons acquises, nous avons pu faire une prédiction sur les propriétés de la carbyne, " conclut le professeur Rik R. Tykwinski de l'Université de l'Alberta.

Une découverte importante a été le fait que la bande interdite optique est en réalité beaucoup plus petite qu'on ne le supposait auparavant. La bande interdite est un terme du domaine de la physique des semi-conducteurs et décrit la conductivité électrique des cristaux, métaux et semi-conducteurs. "C'est un énorme avantage, " dit le professeur Guldi. " Plus la bande interdite est petite, moins il faut d'énergie pour conduire l'électricité." Silicium, par exemple, qui est utilisé dans les puces électroniques et les cellules solaires, possède cette propriété importante. Carbyne pourrait être utilisé en conjonction avec le silicium à l'avenir en raison de ses excellentes propriétés photophysiques.