L'équipe, dirigée par des chercheurs de l'Université de Californie à Berkeley, a dévoilé les secrets de la formation spontanée de ces structures en forme de tarte, constituées de cinq domaines triangulaires rayonnant vers l'extérieur à partir d'un point central. Leur étude, publiée dans la revue Nature Nanotechnology, met en lumière l'interaction des interactions moléculaires et de la géométrie qui déterminent ce comportement d'auto-assemblage unique.
Les acteurs clés de ce processus d’assemblage sont de petites molécules organiques appelées phtalocyanines, en particulier les phtalocyanines de cuivre (CuPc). Lorsque ces molécules sont dissoutes dans un solvant puis déposées sur un substrat, elles subissent une transformation remarquable, s'auto-organisant en « quasi-cristaux pentagonaux » hautement ordonnés.
Ce qui rend ces structures si fascinantes est leur ressemblance avec des quasi-cristaux, une classe de matériaux possédant un ordre à longue portée sans symétrie de translation. En d’autres termes, les molécules au sein de ces structures sont disposées selon un motif répétitif, mais pas de manière périodique régulière comme les cristaux traditionnels.
Pour comprendre les forces motrices derrière cet auto-assemblage unique, les chercheurs ont utilisé une combinaison de techniques expérimentales et de modélisation théorique. Leurs résultats suggèrent que les interactions moléculaires responsables de ce comportement impliquent un équilibre délicat de forces attractives et répulsives entre les molécules CuPc.
Plus précisément, la structure moléculaire rigide des phtalocyanines et leur tendance à former des liaisons hydrogène avec les molécules voisines contribuent à la formation de ces motifs hautement organisés. L’équilibre de ces interactions se traduit par l’émergence de cinq domaines distincts, ressemblant à des tranches de gâteau.
L’équipe a également découvert que la taille des quasi-cristaux pentagonaux peut être contrôlée avec précision en ajustant la concentration des molécules CuPc dans la solution. Cette adaptabilité ouvre des possibilités passionnantes pour la fabrication de nanomatériaux fonctionnels et de dispositifs dotés de propriétés adaptées.
L'auto-assemblage spontané de molécules CuPc en quasi-cristaux pentagonaux fournit un exemple remarquable de la façon dont des interactions moléculaires complexes peuvent donner naissance à des structures nanométriques complexes et magnifiques. Les résultats de cette étude élargissent non seulement notre compréhension des processus fondamentaux d’auto-assemblage, mais ouvrent également la voie à la conception et à l’ingénierie de nouveaux matériaux ayant des applications potentielles dans l’électronique, l’optique et d’autres domaines technologiques.
