Jouer avec la courbure spontanée des nano objets pour contrôler leurs propriétés

Les nano plaquettes de cristaux semi-conducteurs sont des objets extrêmement minces et plats qui appartiennent à la famille des boites quantiques - quantum dots en anglais. Ces matériaux sont si petits (1000 fois plus fin qu’un cheveu, que leurs propriétés sont gouvernées par des effets quantiques dus au confinement des électrons. Sacrés par le prix Nobel de chimie en 2023, les quantum dots possèdent des propriétés optiques exceptionnelles qui illuminent écrans de télévision, LED, et bien d’autres dispositifs optoélectroniques. Mais le potentiel applicatif de ces nanomatériaux est loin d’être exploré. En particulier, jouer sur leur forme et leur géométrie, y compris en cours d’utilisation, pourrait conduire à de nouvelles propriétés comme la réflexion sélective de la lumière, de nouvelles façons de conduire l'électricité etc. Dans ce contexte, les cristaux plats et ultra-minces sont particulièrement attractifs de par leur capacité à s’enrouler sur eux-mêmes à l’instar d’un ruban.

C’est ce qu’ont cherché à faire de façon contrôlée des scientifiques du Laboratoire de chimie (CNRS/ENS de Lyon), de l’Institut lumière matière (CNRS/Université Claude Bernard Lyon 1), de LadHyx (CNRS/Ecole Polytechnique/Institut polytechnique de Paris) et de l’Université de Sidney en Australie. L'inspiration de cette recherche découle de l'observation de nombreux phénomènes naturels où les structures hélicoïdales sont prédominantes, de la structuration de l’ADN à la torsion spontanée des gousses de graines en passant par la formation des galaxies.

Les chercheurs ont découvert que lorsque des nano plaquettes de séléniure de cadmium sont recouvertes d’une couche de petites molécules organiques, elles se courbent spontanément en des formes complexes, tubes, spirales ou hélices. Ces transformations sont entraînées par les forces exercées par ces molécules organiques qui coiffent les faces supérieures et inférieures des nano cristaux. Bien contrôlé, cet enroulement peut générer des objets chiraux^* très intéressants. La courbure spontanée, et donc la structure finale du cristal, est gouvernée par plusieurs paramètres dont l’interaction entre les ligands et la surface mais aussi la géométrie (largeur, épaisseur et symétrie) du cristal.

Ces travaux, parus dans les Actes de l'Académie Nationale des Sciences Américaine, fournissent un cadre conceptuel pour comprendre et contrôler la forme des nano plaquettes aux propriétés optiques exceptionnelles. Les scientifiques disposent ainsi d'un nouvel outil pour concevoir des matériaux aux propriétés précisément ajustées pour une utilisation dans des technologies allant de l'électronique avancée aux matériaux intelligents et réactifs.

^*A l'instar d'une main droite et d'une main gauche, les objets chiraux possèdent deux structures symétriques l'une de l'autre mais non superposables.

Rédacteur: AVR