Didier Dubreuil, enseignant-chercheur au CEISAM, lauréat du Prix "Défi médical en oncologie »

La chiralité est une propriété relative aux composés chimiques présentant deux formes distinctes (dites énantiomères) images l’une de l’autre dans un miroir mais non superposables. Elle connaît depuis quelques années un engouement important dans le domaine des matériaux moléculaires, notamment par sa relation spécifique avec une lumière polarisée circulairement. Plus récemment, il a été démontré que lorsqu’un courant traverse un matériau chiral, l’un des énantiomères conduit préférentiellement les électrons de spin* up, tandis que l’autre sélectionne les électrons de spin down. Cette sélectivité de spin pourrait présenter des applications en spintronique, optoélectronique ou détection chirale.

C’est autour de ces problématiques que des chimistes de l’Institut des cciences chimiques de Rennes (CNRS/ENSCR/Université Rennes 1), dans le cadre de projet européens et nationaux, ont développé des matériaux chiraux inédits capables de conduire un courant électrique polarisé en spin (up ou down selon l’énantiomère étudié), ou encore des molécules organiques présentant un électron célibataire (appelées « radicalaires ») cumulant à la fois les propriétés de chiralité et de spin.

La spintronique exploite à la fois les propriétés électriques et magnétiques des électrons pour augmenter, par exemple, la densité de stockage des disques durs. En spintronique, utiliser une molécule chirale pour filtrer le spin des électrons d’un courant électrique permet d’envisager une nouvelle technologie d'injection de courants de spins polarisés (UP ou DOWN) en s’affranchissant de la présence d’aimants permanents actuellement nécessaire pour réaliser cette opération. Les scientifiques ont pour la première fois mis en évidence cette propriété au sein d’assemblages supramoléculaires d’hélicènes** dont on pourrait envisager l’insertion au sein de dispositifs électroniques (1).

Combiner chiralité et propriétés optiques, électroniques et magnétiques des radicaux organiques est un autre défi de l’optoélectronique. Mais réaliser de tels objets moléculaires reste un challenge étant donnée la forte réactivité des espèces radicalaires et donc leur faible stabilité intrinsèque. En adoptant un design conceptuellement peu exploré impliquant un contrôle spécifique des orbitales électroniques, les scientifiques sont parvenus à isoler et caractériser des diradicaux organiques chiraux stables combinant ces propriétés, dont les interactions entre elles sont actuellement en cours d’analyse (2).

Ces nouveaux matériaux organiques chiraux pourraient impacter différents domaines de l’électronique moléculaire comme l’affichage, la cryptographie ou encore le stockage de données.

* Le spin est une propriété intrinsèque des particules, au même titre que la masse ou la charge électrique, liée à des phénomènes de rotation. Pour un électron, le spin est soit “UP”, soit “DOWN”.

** Les hélicènes sont une famille d'hydrocarbures aromatiques polycycliques caractérisés par leur géométrie hélicoïdale.

Rédacteur : CCdM