Regard détaillé sur la propriété intrigante des matériaux chiraux – Technoguide

Dans la nature, de nombreuses molécules possèdent une propriété appelée chiralité, ce qui signifie qu’elles ne peuvent pas être superposées à leurs images miroir (comme une main gauche et une main droite).

La chiralité peut influencer la fonction, affectant l’efficacité d’un produit pharmaceutique ou d’une enzyme, par exemple, ou l’arôme perçu d’un composé.

Maintenant, une nouvelle étude fait progresser la compréhension des scientifiques d’une autre propriété liée à la chiralité: comment la lumière interagit avec les matériaux chiraux sous un champ magnétique.

Des recherches antérieures ont montré que dans un tel système, les formes gauche et droite d’un matériau absorbent la lumière différemment, de manière à se refléter l’une l’autre lorsque la lumière circulant parallèlement à un champ magnétique externe change de direction, adoptant un flux anti-parallèle. Ce phénomène est appelé dichroïsme magnéto-chiral (MChD).

Cependant, il manquait dans les expériences passées une confirmation que les observations expérimentales correspondent aux prédictions faites par la théorie MChD – une étape nécessaire pour vérifier la théorie et comprendre les effets observés par les scientifiques.

Le nouvel article, qui sera publié le 21 avril dans Science Advances, change cela. L’étude a été dirigée par Geert LJA Rikken, PhD, directeur du Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses en France, et Jochen Autschbach, PhD, Professeur de Chimie Larkin à l’Université de Buffalo aux États-Unis.Les premiers auteurs étaient Matteo Atzori, PhD, chercheur au Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses, et doctorant UB chimie Herbert Ludowieg.

«Les premières prédictions théoriques de la MChD pour la lumière sont apparues dans les années 1980. Depuis lors, un nombre croissant d’observations de l’effet ont été rapportées, mais aucune analyse quantitative n’a été possible pour confirmer si la théorie sous-jacente de la MChD est correcte», dit Rikken. “La nouvelle étude propose des mesures détaillées sur deux systèmes modèles bien définis et des calculs de chimie quantique avancés sur l’un d’entre eux.”

«L’équipe du Dr Rikken a fait la première observation expérimentale de la MChD en 1997 et a depuis rapporté d’autres études expérimentales de l’effet dans différents systèmes», dit Autschbach. “Cependant, ce n’est que maintenant qu’une comparaison directe entre une expérience et des calculs théoriques quantiques ab-initio devient possible, pour une vérification de la théorie MChD.”

La recherche s’est concentrée sur les cristaux constitués des formes en miroir de deux composés: le nitrate de tris (1,2-diaminoéthane) nickel (II) et le nitrate de tris (1,2-diaminoéthane) cobalt (II). Comme l’explique Autschbach, “la forme moléculaire de l’ion tris (1,2-diaminoéthane) métal (II) dans le cristal a la forme d’une hélice. Les hélices se présentent également par paires d’images miroir, qui ne peuvent pas être superposées.”

Le laboratoire de Rikken a effectué des mesures expérimentales détaillées pour les deux systèmes étudiés, tandis que le groupe d’Autschbach a tiré parti de l’installation de calcul intensif d’UB, le Center for Computational Research, pour effectuer des calculs de chimie quantique difficiles relatifs à l’absorption de la lumière par le composé de nickel (II).

Les résultats, comme expliqué dans l’article de Science Advances: “Nous rapportons les spectres expérimentaux de MChD à basse température de deux cristaux paramagnétiques chiraux archétypaux pris comme systèmes modèles, le nickel (II) et le nitrate de cobalt (II) de tris (1,2-diaminoéthane) , pour la lumière se propageant parallèlement ou perpendiculairement à l’axe c des cristaux, et le calcul des spectres MChD pour le dérivé Ni (II) par des calculs de chimie quantique de pointe.

“En incorporant le couplage vibronique, nous trouvons un bon accord entre l’expérience et la théorie, ce qui ouvre la voie à MChD pour se développer en un puissant outil spectroscopique chiral et fournir des informations fondamentales pour la conception chimique de nouveaux matériaux magnétochiraux pour des applications technologiques.”

Alors que l’étude relève de la science fondamentale, Rikken note ce qui suit en ce qui concerne le potentiel futur du MChD: «Nous constatons expérimentalement que (pour les matériaux que nous avons étudiés), à basse température, la différence de transmission de la lumière parallèle et anti- parallèle à un champ magnétique modeste de 1 Tesla, à peine plus que ce que produit un aimant de réfrigérateur, peut atteindre 10%. Nos calculs nous permettent de comprendre cela en détail. L’ampleur de l’effet et sa compréhension détaillée ouvrent maintenant la porte aux applications futures du MChD, qui pourraient aller des diodes optiques aux nouvelles méthodes de stockage optique de données.

La recherche a été financée par l’Agence nationale de la recherche française et la US National Science Foundation, avec le soutien supplémentaire du Centre national de la recherche scientifique, de l’Université de Bordeaux, du Conseil régional de la Nouvelle Aquitaine, de l’Union européenne (UE) Horizon 2020 et de la recherche et programme d’innovation et le Ministère de l’enseignement supérieur et de la recherche de l’UE.

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