Une percée dans la recherche sur les films minces de polymères chiraux pourrait permettre une nouvelle génération de dispositifs


Une percée dans la recherche sur les films minces de polymères chiraux pourrait permettre une nouvelle génération de dispositifs

Origines des effets chiroptiques étudiés ce travail. (a) un dessin animé montrant les mécanismes sous-tendant la réponse chiroptique dans des non alignés et alignés, et (b) les systèmes polymères évalués ici et (c) le dichroïsme circulaire spatialement résolu (résolution de 50 µm) de l’achiral recuit Polymère mélangé avec des films minces avec additif chiral (ACPCA) en utilisant la ligne de lumière B23. Crédit photo: Nature Communications

Le 10 000e article de Diamond Light Source pourrait changer fondamentalement le paysage technologique en permettant une nouvelle génération d’appareils. Cette étude présente une nouvelle façon de regarder la chiralité dans les films polymères minces qui sont importants pour l’électronique. Il offre des informations perturbatrices les films polymères chiraux qui émettent et absorbent la lumière à polarisation circulaire, et promet des avancées technologiques importantes, notamment des écrans haute performance, l’imagerie 3D et l’informatique quantique. Ces résultats ont été récemment publiés dans Communication de la nature.

La chiralité est une propriété de symétrie fondamentale de l’univers. Nous voyons des paires d’images miroir gaucher (LH) et droitier (RH) dans tout, des escargots et des petites molécules aux galaxies spirales géantes. La lumière peut aussi avoir de la chiralité. Lorsque la lumière se déplace, son champ électrique interne peut tourner à gauche ou à droite, créant une polarisation circulaire à gauche ou à droite. La capacité de contrôler et de manipuler cette lumière chirale à polarisation circulaire ouvre des opportunités pour l’optoélectronique de nouvelle génération (figures 1a et 1b). L’origine des grands effets chiroptiques dans les films polymères minces (figures 1c et 2) n’est pas connue depuis près de trois décennies. Dans cette étude, un groupe de chercheurs de l’Imperial College de Londres, de l’Université de Nottingham, de l’Université de Barcelone, de la Diamond Light Source et de la JA Woollam Company a utilisé le Diamond Synchrotron Radiation Circular Dichroism Beamline (B23) et la Advanced Light Source in Californie.

«Cette étude révolutionnaire montre comment les capacités de Diamond peuvent être utilisées pour étudier des processus qui sont normalement bien hors de notre portée. Les résultats de l’équipe fournissent une feuille de route pour l’introduction future des propriétés chiroptiques dans davantage d’appareils électroniques», déclare le professeur Laurent Chapon , Directeur des sciences physiques chez Diamond.

Ein Durchbruch in der Forschung zu chiralen Polymerdünnfilmen könnte eine neue Generation von Geräten ermöglichen

Réaction chiroptique in situ de films minces constitués d’ACPCA et de polymères à chaîne latérale chirale cholestérique (CSCP). Spectres CD in situ enregistrés pendant le chauffage et le refroidissement de l’ACPCA (F8BT: Aza[6]H) et CSCP (cPFBT) (notez que le bleu signifie les basses températures et le rouge pour les hautes températures), (c) et (d) l’intensité du CD enregistrée à 480 nm en fonction de la température pendant le chauffage (rouge) et le refroidissement (bleu) et (e) et (f) Intensité CD des films minces maintenus à 140 ° C en fonction du temps [P] (turquoise) et [M] (violet) (notez le temps différent sur l’axe). Reconnaissance: Communication de la nature

Le dichroïsme circulaire (CD) a une histoire étonnamment longue. Au 19e siècle, des scientifiques français ont observé que les molécules chirales qui ne chevauchent pas leur image miroir absorbent la lumière polarisée circulairement à gauche et à droite différemment selon la configuration (comme avec les acides aminés L ou D) et la souplesse de leur structure. Dans les années 1960, les scientifiques ont réalisé que le CD pouvait être extrêmement utile pour étudier des structures matérielles complexes. La ligne de faisceau B23 de Diamond est dédiée au CD et crée un micro-faisceau monochromatique unique et hautement collimaté allant du vide ultraviolet (UV) à la lumière visible.

Pour cette étude, l’équipe de recherche a combiné des études UV-CD chez Diamond avec des mesures de la diffusion des rayons X mous au bord K sur la source de lumière avancée.

«En utilisant une combinaison de méthodes spectroscopiques et de sondes structurelles, les chercheurs ont remis en question la validité de l’interprétation des données précédentes de ces films polymères», explique le professeur Giuliano Siligardi, scientifique en chef pour les lignes de lumière de la ligne de lumière B23 de Diamond.

On pensait auparavant que les grands effets chiroptiques observés dans ces films polymères sont provoqués par une chiralité structurelle telle que celle observée dans la phase cristalline liquide cholestérique. Cependant, cette étude montre que – dans des conditions pertinentes pour la fabrication des dispositifs – ils sont plutôt causés par le couplage magnétoélectrique, qui crée l’activité optique naturelle de ces polymères.







La prochaine génération de matériaux informatiques quantiques est basée sur la nature. Crédit photo: Diamond Light Source

Dr. Jessica Wade, auteur principal de l’article, déclare: «Cette étude propose une nouvelle façon de considérer la chiralité dans les films polymères minces, ce qui est important pour l’électronique. La découverte que le couplage magnétoélectrique – et non la structure à plus longue portée – en est responsable d’excellents effets chiroptiques qui permettent la conception rationnelle de polymères pour une large gamme d’applications de dispositifs.  »

Toutes les expériences ont été réalisées dans des conditions pertinentes pour des applications réelles avec des épaisseurs de couche active (

«Nos résultats influenceront la conception de nouveaux polymères et architectures de dispositifs dans lesquels la structure chimique et la conformation du squelette ont été optimisées pour maximiser le couplage magnétoélectrique, permettant des effets chiroptiques puissants sans alignement et des couches actives trop épaisses. Les protocoles de fabrication ont été optimisés sous B23 – Le temps de lueur, la température (Fig. 2), etc. – a déjà conduit à la mise en œuvre d’écrans et de photodétecteurs hautement efficaces, et nous continuons à étudier ces systèmes avec la nouvelle fonctionnalité MMP (Diamond B23 Mueller Matrix Polarimeter).  »

Le professeur Sir David Stuart, directeur Diamond des sciences de la vie et co-directeur de la biologie structurale à l’Université d’Oxford, déclare: << En tant que l'une des institutions scientifiques les plus avancées au monde, Diamond s'efforce de permettre chaque jour une science qui change le monde. Une partie importante de notre mission il s'agit de rendre public la publication des contributions et des résultats des expériences menées. Cette 10 000e publication novatrice illustre l'importance de la coopération internationale entre la science et les institutions ainsi que les liens cruciaux entre la recherche fondamentale, la science appliquée et les technologies qui font avancer l'humanité. apporter. "


Chiralité électromagnétique: des bases aux phénomènes chiroptiques non traditionnels


Plus d’information:
Jessica Wade et coll. Activité optique naturelle à l’origine des grandes propriétés chiroptiques des films minces polymères conjugués π, Communication de la nature (2020). DOI: 10.1038 / s41467-020-19951-y

Fourni par Diamond Light Source

Citation: Une percée dans la sur les couches minces de polymères chiraux pourrait à une nouvelle génération de dispositifs (2021, 21 janvier) d’être publiée le 21 janvier 2021 à partir de https://phys.org/news/2021-01-breakthrough-chiral -polymer-thin-enable .html

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