Inspirés par la nature, les chercheurs en nanotechnologie ont identifié la « courbure spontanée » comme le facteur clé déterminant la façon dont les matériaux artificiels ultra-fins peuvent se transformer en tubes, torsions et hélices utiles.
Une meilleure compréhension de ce processus, qui imite la façon dont certaines gousses s’ouvrent dans la nature, pourrait permettre de découvrir une gamme de nouveaux matériaux chiraux 1 000 fois plus fins qu’un cheveu humain, avec le potentiel d’améliorer la conception de dispositifs optiques, électroniques et mécaniques.
Les formes chirales sont des structures qui ne peuvent pas être superposées à leur image miroir, un peu comme votre main gauche est une image miroir de votre main droite mais ne peut pas s’adapter parfaitement dessus.
La courbure spontanée induite par de minuscules molécules peut être utilisée pour modifier la forme de minces nanocristaux, influencée par la largeur, l’épaisseur et la symétrie des cristaux.
La recherche, publiée dans le Actes de l’Académie nationale des sciencesa été menée par des membres du Centre national de la recherche scientifique (CNRS) en France, en collaboration avec leurs collègues du Centre d’excellence ARC en science Exciton, basé à l’Université de Sydney.
Changement de forme à l’échelle nanométrique
Imaginez un morceau de papier qui, lorsqu’il est plongé dans une solution, se tord ou s’enroule en spirale sans aucune force extérieure. Cela ressemble à ce qui se passe à l’échelle nanométrique avec certains matériaux minces.
Les chercheurs ont découvert que lorsque certains types de nanoplaquettes semi-conductrices – des cristaux plats extrêmement fins – sont recouverts d’une couche de molécules organiques appelées ligands, elles s’enroulent en formes complexes, notamment des tubes, des torsions et des hélices. Cette transformation est motivée par les différentes forces que les ligands appliquent aux surfaces supérieure et inférieure des nanoplaquettes.
L’importance de cette découverte réside dans la capacité de prédire et de contrôler la forme de ces nanoplaquettes en comprenant l’interaction entre les ligands et la surface des nanoplaquettes.
De la conception naturelle à l’innovation à l’échelle nanométrique
L’inspiration de cette recherche vient de l’observation de phénomènes naturels où les structures hélicoïdales sont prédominantes, de l’ADN de nos cellules à la torsion spontanée des gousses. Ces structures possèdent des propriétés uniques hautement recherchées en science des matériaux pour leurs applications potentielles en mécanique, électronique et optique.
Les nanoplaquettes, avec leur capacité à former des structures hélicoïdales et leurs propriétés optiques exceptionnelles dues au confinement quantique, s’imposent comme un candidat de choix pour créer de nouveaux matériaux dotés de caractéristiques spécifiques. Ceux-ci pourraient inclure des matériaux qui réfléchissent sélectivement la lumière, conduisent l’électricité de manière nouvelle ou possèdent des propriétés mécaniques uniques.
Un cadre pour les technologies futures
Les implications de cette recherche sont considérables. En fournissant un cadre permettant de comprendre et de contrôler la forme des nanoplaquettes, les scientifiques disposent d’un nouvel outil pour concevoir des matériaux dotés de propriétés précises destinés à être utilisés dans des technologies allant de l’électronique avancée aux matériaux réactifs et intelligents.
Par exemple, les nanoplaquettes pourraient être conçues pour changer de forme en réponse aux conditions environnementales, telles que la température ou la lumière, ouvrant ainsi la voie à des matériaux qui s’adaptent et réagissent à leur environnement. Cela pourrait conduire à des avancées dans la création de capteurs plus efficaces.
De plus, l’étude fait allusion à la possibilité de créer des matériaux capables de basculer entre différentes formes avec un apport d’énergie minimal, une fonctionnalité qui pourrait être exploitée dans le développement de nouvelles formes d’actionneurs ou de commutateurs à l’échelle nanométrique.
Plus d’information:
Debora Monego et al, Les courbures incompatibles induites par le ligand contrôlent le polymorphisme et la chiralité des nanoplaquettes ultraminces, Actes de l’Académie nationale des sciences (2024). DOI : 10.1073/pnas.2316299121
Fourni par le Centre d’excellence ARC en science Exciton