Aujourd'hui, à l'aide d'expériences de spectroscopie neutronique réalisées à l'Institut Laue-Langevin (ILL) et de modèles théoriques avancés et de simulations informatiques, une équipe dirigée par Anton Tamtögl de l'Université de technologie de Graz a dévoilé le mouvement unique de la triphénylphosphine (PPh₃ ) des molécules sur des surfaces de graphite, un comportement semblable à celui d'un atterrisseur lunaire nanoscopique.

Les travaux sont publiés dans la revue Communications Chemistry .

En fait, PPh₃ les molécules présentent une forme de mouvement remarquable, roulant et se traduisant d’une manière qui remet en question les compréhensions antérieures. Ce mouvement semblable à celui d'un atterrisseur lunaire semble être facilité par leur géométrie unique et leur liaison en trois points avec la surface.

"Plonger dans le monde complexe du mouvement moléculaire sur les surfaces en graphite a été un voyage passionnant", révèle Anton Tamtögl. "Les mesures et la simulation ont dévoilé un mouvement et une "danse" sophistiqués des molécules, nous permettant de mieux comprendre la dynamique des surfaces et ouvrant de nouveaux horizons pour la science des matériaux et la nanotechnologie."

La triphénylphosphine est une molécule importante pour la synthèse de composés organiques et de nanoparticules ayant de nombreuses applications industrielles. La molécule présente une géométrie particulière :PPh₃ est pyramidal avec un arrangement en forme d'hélice de ses trois groupes d'atomes cycliques.

Les neutrons offrent des possibilités uniques dans l'étude de la structure et de la dynamique des matériaux. Dans une expérience typique, les neutrons diffusés par l'échantillon sont mesurés en fonction du changement de leur direction et de leur énergie. En raison de leur faible énergie, les neutrons constituent une excellente sonde pour étudier les excitations de faible énergie telles que les rotations moléculaires et la diffusion. Des mesures de spectroscopie neutronique ont été effectuées chez ILL Instruments IN5 (spectomètre TOF) et IN11 (spectomètre à écho de spin neutronique).

"C'est étonnant de voir à quel point les puissants spectromètres de l'ILL nous permettent de suivre la dynamique de ces systèmes moléculaires fascinants même si la quantité d'échantillon est infime", déclare Peter Fouquet, scientifique à l'ILL. "Les faisceaux de neutrons ne détruisent pas ces échantillons sensibles et permettent une comparaison parfaite avec les simulations informatiques."

L'étude montre que PPh₃ les molécules interagissent avec la surface du graphite d'une manière qui leur permet de se déplacer avec des barrières énergétiques étonnamment faibles. Le mouvement est caractérisé par des rotations et des translation (sauts) des molécules. Alors que les rotations et les mouvements intramoléculaires dominent jusqu'à environ 300 K, les molécules suivent un mouvement de translation supplémentaire à travers la surface de 350 à 500 K.

Comprendre les mécanismes détaillés du mouvement moléculaire à l’échelle nanométrique ouvre de nouvelles voies pour la fabrication de matériaux avancés dotés de propriétés adaptées. Au-delà de l'intérêt fondamental, le mouvement de PPh₃ et les composés associés sur les surfaces en graphite sont d'une grande importance pour les applications.