La transformation réversible des nanohélices est l’un des phénomènes les plus exquis et les plus importants de la nature. Les nanomatériaux forment rarement des cristaux hélicoïdaux. En raison de l’irréversibilité des forces de torsion étudiées jusqu’à présent, la détorsion est plus difficile que la rettorsion des nanohélices cristallines. Par conséquent, de nombreuses transformations de torsion réversibles entre deux produits cristallins stables sont rares et nécessitent un bilan énergétique sensible. Cette transformation réversible des nanohélices a longtemps été considérée comme difficile à réaliser.
Des chercheurs des instituts Hefei des sciences physiques de l'Académie chinoise des sciences, en collaboration avec des chercheurs de l'Université de Nanjing et de l'Université des sciences et technologies de Chine, ont découvert une subtile relation de compétition et de coopération au sein de la structure cristalline, établissant un équilibre énergétique délicat. entre les structures des nanohélices cristallines torsadées et non tordues.
Pour la première fois, les chercheurs ont réalisé de multiples transformations réversibles entre nanofils et nanohélices. L'étude a été publiée dans Nature Communications .
En utilisant la résonance de spin électronique (ESR), y compris l'ESR à champ élevé, au centre expérimental à champ magnétique élevé à l'état stable, les chercheurs ont démontré des changements dans l'environnement de coordination du Co(II) et une diminution de la symétrie de la nanohélice. La spectroscopie de résonance magnétique nucléaire à l'état solide et la spectroscopie térahertz ont révélé que les interactions π-π jouent un rôle crucial dans la croissance hélicoïdale.
Ces résultats, combinés à des calculs théoriques et à diverses expériences de validation, suggèrent que la torsion résulte de l'interaction compétitive entre les réactions de condensation et les processus d'empilement π-π. Ce mécanisme de croissance compétitif unique, associé au micro-ajustement du mode de croissance, est la clé pour construire des systèmes de bilan énergétique finement réglables et réaliser des transformations hélicoïdales réversibles.
En concevant et en modifiant sélectivement les forces intermoléculaires et en contrôlant finement les taux de croissance dans différentes directions tout en maintenant la structure globale, la direction de l'équilibre énergétique peut être modifiée, réalisant ainsi la torsion, la détorsion et la rettorsion des nanohélices.
Cette étude présente une nouvelle approche pour concevoir des transformations cristallines réversibles en affinant les interactions intermoléculaires pour permettre de multiples transformations réversibles dans les cristaux. Cette technique offre une nouvelle perspective pour la cristallographie, améliore la théorie cristallographique et permet la réalisation de divers processus réversibles complexes.
Plus d'informations : Wei Du et al, Torsion, détorsion et retorsion de nanohélices élastiques à base de Co, Nature Communications (2023). DOI :10.1038/s41467-023-40001-w
Informations sur le journal : Communications naturelles
Fourni par l'Académie chinoise des sciences
