De plus en plus petits et complexes, sans la miniaturisation, nous n'aurions pas aujourd'hui les composants nécessaires aux ordinateurs portables hautes performances, aux smartphones compacts ou aux endoscopes haute résolution. Des recherches sont désormais menées à l'échelle nanométrique sur des interrupteurs, des rotors ou des moteurs constitués de quelques atomes seulement afin de construire ce que l'on appelle des machines moléculaires. Une équipe de recherche de la FAU a construit avec succès la plus petite roue dentée à énergie énergétique au monde avec un homologue correspondant. Le nano réducteur est le premier qui peut également être contrôlé et entraîné activement. Les découvertes des chercheurs ont récemment été publiées dans la revue Nature Chemistry .

La miniaturisation joue un rôle clé dans le développement ultérieur des technologies modernes et permet de fabriquer des appareils plus petits et plus puissants. Il joue également un rôle important dans la fabrication, car il permet de produire des matériaux fonctionnels et des médicaments à des niveaux de précision sans précédent. Aujourd'hui, la recherche est entrée à l'échelle nanométrique, qui est invisible à l'œil nu, en se concentrant sur des atomes et des molécules individuels. L'importance de ce nouveau domaine de recherche est démontrée par le prix Nobel de chimie, décerné en 2016 pour la recherche sur les machines moléculaires.

Certains composants importants utilisés dans les machines moléculaires tels que les interrupteurs, les rotors, les forceps, les bras de robot ou même les moteurs existent déjà à l'échelle nanométrique. Un autre composant essentiel pour toute machine est la roue dentée, qui permet des changements de direction et de vitesse et permet de relier les mouvements les uns aux autres. Des contreparties moléculaires existent également pour les roues dentées, cependant, jusqu'à présent, elles n'ont fait que des allers-retours passifs, ce qui n'est pas extrêmement utile pour une machine moléculaire.

La roue dentée moléculaire développée par l'équipe de recherche dirigée par le professeur Henry Dube, titulaire de la chaire de chimie organique I à la FAU et ancien chef d'un groupe de recherche junior au LMU de Munich, ne mesure que 1,6 nm. L'équipe de recherche a réussi à alimenter activement une roue dentée moléculaire et son homologue et a ainsi résolu un problème fondamental dans la construction de machines à l'échelle nanométrique.

L'unité d'engrenage comprend deux composants qui sont imbriqués l'un dans l'autre et ne sont constitués que de 71 atomes. L'un des composants est une molécule de triptycène dont la structure est similaire à une hélice ou à une roue à godets. Le deuxième composant est un fragment plat d'une molécule de thioindigo, semblable à une petite plaque. Si la plaque tourne de 180 degrés, l'hélice ne tourne que de 120 degrés. Le résultat est un rapport de transmission de 2:3.

L'unité d'engrenage nano est contrôlée par la lumière, ce qui en fait un appareil photo moléculaire. Directement entraînés par l'énergie lumineuse, le plateau et l'hélice triptycène se déplacent en rotation synchrone bloquée. La chaleur seule n'était pas suffisante pour faire tourner le réducteur, comme l'a découvert l'équipe FAU. Lorsque les chercheurs ont chauffé la solution autour de l'engrenage dans l'obscurité, l'hélice a tourné, mais pas la plaque - l'engrenage a "glissé". Les chercheurs sont ainsi arrivés à la conclusion que le nano-engrenage pouvait être activé et contrôlé à l'aide d'une source lumineuse. + Explorer plus loin

L'équipe développe une hélice moléculaire robuste pour les rotations unidirectionnelles