Une luminosité soudaine : nouvelle méthode d'empilement des colorants
Une équipe germano-coréenne empile de manière ciblée jusqu'à 14 unités de colorants, surmontant ainsi le problème de la trempe
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Un procédé sophistiqué permet d'empiler des molécules de colorant de manière à ce que leur luminosité augmente de manière significative à mesure que leur taille augmente, ce qui constitue une avancée significative pour l'électronique de demain.
Dans la nature, une certaine taille est souvent une condition préalable pour que les biomolécules remplissent leurs fonctions spécifiques. Par exemple, pour que les protéines ou l'ADN remplissent leurs tâches vitales, ils doivent être pliés de manière précise, ce qui nécessite une certaine longueur minimale.
Les chimistes en laboratoire sont depuis longtemps en mesure de construire étape par étape des protéines et des acides nucléiques de longueur et de composition définies grâce à la synthèse en phase solide.
Pour la première fois, des chercheurs allemands et coréens ont présenté une méthode de synthèse comparable pour les molécules de colorants organiques. Cette méthode permet d'empiler spécifiquement jusqu'à 14 unités de bisimide de pérylène les unes sur les autres. Ces colorants ont été choisis parce qu'ils présentent un intérêt pour les futures générations de semi-conducteurs organiques et de nano-lasers. Ils commencent à briller lorsqu'ils sont excités par des impulsions lumineuses.
La découverte : la luminosité augmente considérablement
Grâce à notre nouvelle méthode de synthèse, nous pouvons garantir que les molécules de colorant ne sont pas empilées de manière irrégulière, mais qu'elles sont pliées avec précision dans ce que l'on appelle des "foldamers", selon une séquence et un arrangement spatial définis", explique le professeur Frank Würthner, directeur du Centre de chimie des nanosystèmes et titulaire de la chaire de chimie organique II à l'université de Würzburg.
Mais ce n'est pas tout. En empilant progressivement les molécules de colorant les unes sur les autres, les scientifiques ont découvert un effet crucial : en prolongeant les empilements jusqu'à une hauteur de quatre à six unités, leur luminescence augmente de manière significative.
Pourquoi ? "Entre quatre et six molécules empilées, la structure se stabilise à tel point qu'un état multiexciton domine au centre, ce qui entraîne une augmentation significative du rendement quantique de la fluorescence", explique Leander Ernst, étudiant en doctorat et auteur principal de l'étude. La rigidité structurelle croissante au centre de la pile protège l'état excité des influences extérieures et optimise l'émission de lumière.
Les données des chercheurs démontrent cet effet de manière impressionnante : alors qu'une pile de deux unités présente une efficacité lumineuse de 47 %, ce chiffre grimpe jusqu'à 75 % pour une chaîne de 14 unités.
Pour les applications technologiques futures, cela signifie que les composants dotés de colorants empilés pourraient consommer moins d'électricité ou briller beaucoup plus pour le même apport d'énergie.
Ce que l'étude signifie pour la science
Dans le cadre du développement de matériaux semi-conducteurs organiques, les scientifiques ont jusqu'à présent principalement utilisé des "modèles de dimères" pour prédire le couplage de molécules dans des matériaux à l'état solide, tels qu'on les trouve dans les applications de la science des matériaux. Il devrait maintenant être clair que ce modèle est insuffisant - c'est comme essayer de comprendre la stabilité structurelle d'une maison en examinant deux briques placées l'une sur l'autre.
Jusqu'à présent, l'un des principaux problèmes liés à l'utilisation de matériaux à base de colorants dans les applications d'éclairage était ce que l'on appelle le quenching : normalement, les colorants perdent leur luminosité lorsqu'ils sont serrés l'un contre l'autre - ils s'"éteignent" l'un l'autre. Les chercheurs de Würzburg et de Séoul ont maintenant surmonté cette limitation pour les foldamères de bisimide de pérylène décrits.
Néanmoins, le passage de la recherche fondamentale à des dispositifs quotidiens réels reste un défi. Un consortium de recherche de Würzburg combinant la chimie et la physique, dirigé par les professeurs Tobias Brixner (chimie) et Bert Hecht (physique), a l'intention de s'attaquer à ce problème à l'université JMU.
Les résultats ont été obtenus en collaboration entre l'équipe du professeur Frank Würthner et le groupe dirigé par le professeur Dongho Kim à l'université Yonsei de Séoul (Corée). Ils ont été publiés dans la revue Nature Chemistry.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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