Cristallographie: la diffraction des électrons localise les atomes d'hydrogène
Publié par Adrien le 16/01/2017 à 00:00
Source: CNRS
Les méthodes d'analyse par diffraction sont très utilisées dans les laboratoires, mais elles peinent à étudier des échantillons de taille inférieure au micromètre. Des chercheurs du Laboratoire de cristallographie et sciences des matériaux (CNRS/Ensicaen/Unicaen), du Laboratoire catalyse (La catalyse est l'action d'une substance appelée catalyseur sur une transformation chimique dans le but de modifier sa vitesse de réaction. Le catalyseur, qui est en général en quantité beaucoup plus faible que les...) et spectrochimie (CNRS/Ensicaen/Unicaen) (1) et de l'Académie des Sciences (Une académie des sciences est une société savante dont le rôle est de promouvoir la recherche scientifique en réunissant certains des chercheurs les plus éminents, en tenant des...) de République Tchèque sont pourtant parvenus à utiliser la diffraction (La diffraction est le comportement des ondes lorsqu'elles rencontrent un obstacle qui ne leur est pas complètement transparent ; le phénomène peut être interprété par la...) des électrons pour révéler la structure de cristaux nanométriques (2). Leur méthode est si sensible qu'elle localise même, pour la première fois, la position des atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une autre. Il est généralement constitué...) d'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.), primordiale pour accéder à la morphologie des molécules ou à la taille des cavités dans les matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) poreux. Ces travaux, publiés le 13 janvier 2017, font la couverture de la revue Science.


Représentation de la structure d'un aluminophosphate de cobalt superposée à la carte montrant les maxima (en jaune) associés aux positions d'hydrogène après analyse des données de diffraction des électrons.
© P. Boullay – CRISMAT (CNRS/Ensicaen /Unicaen).

La diffraction des rayons X ou des neutrons permet d'obtenir la structure atomique des solides cristallins, essentielle à la compréhension des propriétés de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide,...), des mécanismes réactionnels ou du monde (Le mot monde peut désigner :) du vivant. La technique nécessite cependant des cristaux de l'ordre du micromètre (Un micromètre (symbole μm) vaut 10-6 = 0, 000 001 mètre.) pour les rayons X et du millimètre pour les neutrons. La diffraction des électrons rend possible l'étude d'échantillons nanométriques, grâce à la forte interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de sujets.) avec la matière de ces particules chargées. Revers de la médaille, des diffractions multiples se produisent et dégradent la qualité des résultats obtenus. En effet, dans le cadre de la théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance...) dite cinématique (En physique, la cinématique est la discipline de la mécanique qui étudie le mouvement des corps, en faisant abstraction des causes du mouvement (celles-ci sont généralement modélisées par des forces et...) de la diffraction, on suppose que les particules diffractées ne subissent qu'un seul évènement de diffraction. Une approximation (Une approximation est une représentation grossière c'est-à-dire manquant de précision et d'exactitude, de quelque chose, mais encore assez significative pour être utile. Bien qu'une...) qui simplifie considérablement les analyses pour les rayons X et les neutrons, mais ne fonctionne pas pour les électrons. Il faut alors utiliser la théorie dite dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) qui prend en compte le fait que les électrons peuvent être diffractés plusieurs fois avant d'être libérés. Elle demande en retour un traitement spécifique, une analyse longue et complexe.

Grâce à une nouvelle application de la théorie dynamique à l'analyse de données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) de diffraction des électrons, les structures d'un composé organique (La chimie organique est une branche de la chimie concernant la description et l'étude d'une grande classe de molécules à base de carbone : les composés organiques.), le paracétamol (Le paracétamol, aussi appelé acétaminophène, est la substance active de nombreuses spécialités médicamenteuses de la classe des antalgiques...), et d'un composé inorganique, un aluminophosphate de cobalt, ont pu être déterminées. La sensibilité remarquable de cette méthode permet de révéler jusqu'à la position des atomes les plus légers, ceux d'hydrogène. Leur position est primordiale pour accéder à la morphologie des molécules organiques, aux interactions faibles dans la matière, ou à la taille des cavités dans les matériaux inorganiques poreux. Les structures des nombreux composés ne formant (Dans l'intonation, les changements de fréquence fondamentale sont perçus comme des variations de hauteur : plus la fréquence est élevée, plus la hauteur perçue est haute et...) que de très petits cristaux pourront maintenant être déterminées, y compris avec les positions des atomes d'hydrogène. Ces travaux ouvrent la voie à une large utilisation de la diffraction des électrons pour déterminer la structure de ces cristaux inaccessible par diffraction des rayons X et des neutrons.

Notes:

(1) A l'origine de ce travail se trouve un projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une...) de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne également le cadre...) financé par le Labex normand EMC3. C'est dans ce cadre que les chercheurs du CRISMAT (P. Boullay, O. Pérez et S. Petit), du LCS (S. Mintova et M. Zaarour) et L. Palatinus de l'Académie (Une académie est une assemblée de gens de lettres, de savants et/ou d'artistes reconnus par leurs pairs, qui a pour mission de veiller aux usages dans leurs...) des Sciences de République Tchèque ont synthétisés puis résolus la structure de l'aluminophophate de cobalt.
(2) 1 micromètre (µm) = 10^-6 mètre (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international (SI). Il est défini, depuis 1983, comme la distance parcourue par la lumière dans le vide en...) (soit un millionième de mètre) et 1 nanomètre (nm) = 10^-9mètre (soit un milliardième de mètre).
Page générée en 0.435 seconde(s) - site hébergé chez Amen
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
Ce site est édité par Techno-Science.net - A propos - Informations légales
Partenaire: HD-Numérique