Un procédé innovant ouvre de nouvelles perspectives pour les applications de la technologie des couches minces
Des chercheurs mettent au point des méthodes de synthèse de couches de matériaux à partir de fragments moléculaires gazeux
Depuis cinq ans, des chercheurs de l'université de Leipzig travaillent sur des méthodes fondamentalement nouvelles pour assembler de manière sélective des fragments moléculaires gazeux et chargés en de nouvelles molécules complexes. Les substances synthétisées sont déposées sur des surfaces. Ce processus innovant ouvre de nouvelles perspectives d'applications dans la nanoélectronique moderne et la technologie des capteurs. Il offre également de nouvelles voies de recherche dans diverses disciplines scientifiques, de la recherche sur les catalyseurs aux applications médicales. Les scientifiques de l'université de Leipzig et leurs collaborateurs de l'université de Purdue (États-Unis) ont publié un résumé des résultats obtenus au cours de cette période dans la revue Nature Reviews Chemistry.
"Jusqu'à présent, les fragments moléculaires chargés ont été principalement étudiés en chimie analytique pour déterminer la structure des molécules. Toutefois, les recherches menées ces dernières années ont montré que ces fragments sont également très utiles pour les applications synthétiques. En les déposant sélectivement sur des surfaces, il est possible de déclencher des réactions chimiques qui ne seraient pas réalisables avec des méthodes de synthèse conventionnelles", explique le professeur Jonas Warneke, chef du groupe de recherche à l'Institut Wilhelm Ostwald de chimie physique et théorique de l'université de Leipzig.
Les instruments de recherche utilisés - spécialement optimisés pour la synthèse en couche mince de fragments moléculaires chargés - n'existent qu'à deux endroits dans le monde. Ils ont été développés conjointement par les groupes de recherche dirigés par le professeur Jonas Warneke et le professeur Julia Laskin de l'université de Purdue. La synthèse de couches minces désigne la production de couches minces d'une épaisseur allant du nanomètre au micromètre.
Dans l'article, l'équipe de recherche de Leipzig présente ses travaux sur la formation contrôlée de liaisons chimiques à l'aide de fragments moléculaires "agressifs". Par exemple, le fragment moléculaire chargé négativement le plus chimiquement réactif connu à ce jour - qui fait l'objet de recherches depuis longtemps à Leipzig - a été spécifiquement lié à d'autres molécules. Même l'azote de l'air, qui est généralement considéré comme non réactif, était lié en couches sur les surfaces. Cela ouvre de nouvelles possibilités d'utilisation de ces matières premières chimiques inertes pour synthétiser de nouvelles molécules et des matériaux fonctionnels sur les surfaces, ou pour modifier de manière sélective les propriétés des surfaces des matériaux.
La publication décrit également les recherches menées par l'équipe de l'université de Purdue sur la liaison de "nanoclusters" chargés et contenant des métaux - de petites particules avec un nombre d'atomes défini avec précision - qui présentent un intérêt pour les technologies quantiques en raison de leurs propriétés magnétiques et électroniques uniques. L'article fait également état des travaux conjoints des deux groupes de recherche sur le développement des instruments et l'étude du comportement des catalyseurs moléculaires chargés sur les surfaces.
"Nous souhaitons optimiser notre travail dans les années à venir en développant des instruments encore plus puissants pour la synthèse de couches minces à l'aide de fragments moléculaires", explique M. Warneke. Cela pourrait permettre la synthèse de matériaux à l'échelle microscopique et ouvrir la voie à des applications des nouveaux composés remarquables assemblés à partir de fragments moléculaires dans la technologie des microsystèmes. En outre, l'équipe de recherche de Leipzig développe de nouvelles approches pour analyser les grandes biomolécules sur les surfaces en y attachant des fragments moléculaires chargés - une avancée qui pourrait contribuer à une compréhension fondamentale des fonctions biologiques de ces molécules sur les surfaces cellulaires.
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