Une équipe de chimistes de l’Université d’Osaka au Japon a identifié une propriété rare dans un cristal. Lorsqu’il est exposé à la lueur froide de la lumière ultraviolette (UV), le matériau organique solide se transforme en liquide.
De plus, ce cristal subit une série intéressante de changements dans sa luminescence lorsqu’il fond, ce qui indique des changements dans la structure du cristal au niveau moléculaire.
Bien qu’inhabituel, ce n’est pas la première substance à subir ce qu’on appelle la transition cristal-liquide photo-induite (PCLT). Mais être capable d’étudier la transition à l’aide de la lumière pourrait aider les scientifiques à mieux la comprendre, ouvrant potentiellement toute une gamme d’utilisations potentielles dans la photonique, l’électronique et l’administration de médicaments.
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“Il s’agit du premier cristal organique que nous connaissons qui présente une évolution luminescente lors de la fusion du cristal, montrant des changements d’intensité et de couleur, du vert au jaune”, explique le chimiste Mao Komura.
Le matériau est un type de composé organique connu sous le nom de dicétone hétéroaromatique, l’un de l’équipe surnommé «SO» après le soufre et l’oxygène dans ses deux anneaux.
Lorsqu’il est exposé pour la première fois à la lumière UV, le composé de cristal SO brille d’une faible lumière verte. Au fur et à mesure que l’exposition se poursuit, cependant, il devient jaune et fond lentement. Sur la base d’observations précises de la netteté de la frontière entre les états, il est clair que le chauffage n’est pas responsable de la transition.
À l’aide de calculs théoriques et d’une variété de techniques d’étude (y compris l’analyse par rayons X et l’analyse des propriétés thermodynamiques), ainsi que des données de recherches antérieures, l’équipe a déterminé que la dicétone SO passait en fait d’une forme moléculaire (“skew”) à une autre (“planar “).
D’autres informations ont été obtenues à partir d’autres composés cristallins similaires, qui ne fondaient pas ou fondaient mais ne changeaient pas de couleur. Cela indique aux chercheurs quelque chose sur les changements moléculaires qui se produisent lorsque ces cristaux passent des solides aux liquides.
“Nous avons découvert que les changements de luminescence résultent de processus séquentiels de relâchement des cristaux et de changements de conformation avant la fusion”, explique le chimiste Yosuke Tani, de l’Université d’Osaka.
En travaillant à rebours, cela montre qu’il y a quelque chose de spécial dans l’arrangement moléculaire de ces matériaux, ce qui signifie qu’ils fondent et basculent entre les phases lorsqu’ils sont exposés à certains types de lumière.
Fusion cristalline photo-induite de la dicétone SO. (Yosuke Tani)
Et être capable de contrôler les matériaux avec la lumière pourrait être très utile : c’est relativement abordable et simple à faire, respectueux de l’environnement et non invasif. Un exemple d’application suggéré par les chercheurs est un adhésif réversible qui peut être modifié par exposition à la lumière.
La clé des progrès décrits dans cette étude est la façon dont la dicétone SO a changé de couleur, donnant aux chercheurs un aperçu essentiel de ce qui se passait aux plus petites échelles à l’intérieur du composé cristallin.
“Ces indications visuelles des étapes du processus PCLT nous ont permis de faire progresser la compréhension actuelle de la fusion des cristaux au niveau moléculaire”, explique Tani.
La recherche a été publiée dans Chemical Science.
