La caractérisation des liaisons chimiques au sein de molécules individuelles
Un financement européen a contribué à réaliser une première dans le domaine scientifique; en utilisant une technique connue sous le nom de microscopie à force atomique (AFM), les scientifiques ont pu différencier les liaisons chimiques dans les molécules. Ces résultats repoussent les limites de l'exploration de l'utilisation des molécules et des atomes à l'échelle la plus petite qui soit. Ils pourraient jouer un rôle important dans l'étude des appareils en graphène qui est actuellement menée dans les mondes industriel et universitaire, pour leurs nombreuses applications dont la communication sans fil haut débit et les dispositifs d'affichage électronique. Cette recherche a été financée dans le cadre de plusieurs projets européens dont ARTIST, HERODOT, CEMAS, du ministère espagnol de l'économie et de la compétitivité, et du gouvernement régional de Galice. Les résultats de l'équipe de recherche ont été publiés dans une édition récente de la revue Science. Leo Gross, scientifique chez IBM, explique la découverte: «Nous avons découvert deux mécanismes de contraste différents pour distinguer les liaisons. Le premier se base sur les petites différences de force mesurée au niveau des liaisons. Nous nous attendions à ce genre de contraste, mais il a été plutôt difficile à résoudre», commente-t-il. «Le second mécanisme de contraste était plutôt inattendu: Les liaisons semblent avoir différentes longueurs selon les mesures prises au microscope AFM. À l'aide de calculs ab initio, nous avons découvert que l'ajout d'une molécule de monoxyde de carbone à la pointe de leur microscope serait la cause de ce contraste.» Les scientifiques ont mis sur image l'ordre de liaison et la longueur de liaisons de carbone à carbone dans le fullerène (ou C60, une molécule en forme de «ballon de football») et dans deux hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), qui ressemblent à des flocons de graphène. La première fois qu'une molécule de fullerène a été observée remonte en 1985, et le buckminsterfullerène (C60) avait été dénommé ainsi d'après le dôme géodésique de Buckminster Fuller, un architecte. Les HAP ont été synthétisés par le Centro de Investigación en Química Biolóxica e Materiais Moleculares (CIQUS) de l'Universidade de Santiago de Compostela, en Espagne, et par le Centre national de la recherche scientifique (CNRS) de Toulouse, en France. Ainsi, toutes les liaisons ne sont pas égales. Les liaisons individuelles entre atomes de carbone dans ces molécules diffèrent légèrement en longueur et en force de liaison. Toutes ces importantes propriétés chimiques, électroniques et optiques de ces molécules sont associées aux différences de liaison dans les systèmes polyaromatiques. Il reste que c'est la première fois que de telles différences ont été détectées pour des molécules et des liaisons individuelles. Cette capacité signifie qu'il serait possible d'élargir nos connaissances sur les molécules individuelles, ce qui s'avèrerait très important dans la recherche pour de nouveaux dispositifs électroniques, des cellules solaires organiques et des diodes LED organiques. Notamment, la relaxation de liaison en cas de défauts dans le graphène ainsi que les changements de liaisons au cours de réactions chimiques et dans des états d'excitations pourraient être étudiés. L'équipe de recherche avait pu mettre en image la structure chimique d'une molécule mais les infimes différences au niveau des liaisons étaient passées inaperçues. La différenciation de l'ordre de liaison se rapproche de la limite de résolution actuelle de la technique et souvent, les autres effets obscurcissent le contraste relatif à l'ordre de liaison. Ainsi, les scientifiques devaient choisir et synthétiser les molécules dans lesquelles les effets perturbateurs pouvaient être éliminés. Pour corroborer les résultats expérimentaux et mieux comprendre la nature exacte des mécanismes de contraste, l'équipe a réalisé des calculs théoriques de densité fonctionnelle ab initio. Ils ont pu calculer l'inclinaison de la molécule de CO à la pointe du microscope au cours de la prise d'image. C'est cette inclinaison qui est responsable de l'agrandissement et des clichés bien clairs des différentes liaisons.Pour de plus amples informations, consulter: Revue Science: http://www.sciencemag.org CEMAS: http://www.zurich.ibm.com/
Pays
Suisse, Espagne, France