Un dérivé de curcumine doté d'une fluorescence retardée et d'un effet laser
Publié par Redbran le 26/02/2018 à 12:00
Source: CNRS-INC
Des chercheurs du Centre Interdisciplinaire de Nanoscience de Marseille (CNRS/Aix Marseille Université), en collaboration avec des équipes japonaise, coréenne et américaine, révèlent les propriétés photophysiques inédites d'un dérivé de la curcumine. Ces résultats, qui constituent une avancée remarquable dans le domaine des diodes électroluminescentes organiques mais aussi des lasers organiques, sont parus dans la revue Nature Photonics.


À gauche: Structure du dérivé de curcumine. Schéma des états électroniques montrant le peuplement de l'état singulet (S1) par l'état triplet (T1) à l'origine du phénomène de TADF.
À droite: Caractéristiques spectrales et efficacités des OLEDs.
©Dae-Hyeon Kim, Anthony D'Aléo


Créée en 2012 par le chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de chercheur tant les domaines de recherche sont diversifiés et impliquent...) japonais Chihaya Adachi, la dernière génération de diodes électroluminescentes organiques ou OLEDs (1) repose sur le phénomène d'émission de fluorescence (La fluorescence est une émission lumineuse provoquée par diverses formes d'excitation autres que la chaleur. (on parle parfois de « lumière...) retardée ou TADF (2). Une propriété spécifique de certains matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) chromophores qui, lorsqu'ils sont excités par une source d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) (lumière ou signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux lumineux sont employés depuis la nuit des temps...) électrique), émettent une fluorescence instantanée à laquelle s'ajoute de façon décalée dans le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) une seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde...) émission de fluorescence. Des chercheurs du Centre Interdisciplinaire (Un travail interdisciplinaire intègre des concepts provenant de différentes disciplines.) de Nanoscience de Marseille (CINaM), en collaboration avec plusieurs équipes internationales (3) dont celle du pionnier Chihaya Adachi, viennent de franchir une nouvelle étape dans l'exploration (L'exploration est le fait de chercher avec l'intention de découvrir quelque chose d'inconnu.) de ce phénomène.

Un défi actuel vise en effet à concevoir des OLEDs qui émettent non plus dans le spectre visible (La lumière visible, appelée aussi spectre visible ou spectre optique est la partie du spectre électromagnétique qui est visible pour l'œil humain.) de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La...), mais dans le proche infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde supérieure à celle de la lumière visible mais plus courte que celle des micro-ondes.) (IR). Ces nouvelles OLEDs seraient particulièrement intéressantes pour des applications militaires (systèmes de communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle, groupale...) que l'animal (communication intra- ou inter- espèces) ou la machine (télécommunications, nouvelles technologies...),...) furtive nocturne) ou médicales (imagerie cellulaire). Or, les seuls matériaux efficaces dans le proche IR sont composés de métaux nobles (platine par exemple) qui sont onéreux et peu disponibles.

C'est là l'intérêt des travaux des chercheurs du CINaM et de leurs collègues qui ont mis en évidence une émission de fluorescence retardée dans le proche IR dans un nouveau type de molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui peut exister à l'état libre, et qui représente la plus petite quantité de...): un analogue de la curcumine, lié à un atome (Un atome (grec ancien ἄτομος [atomos], « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une autre. La...) de bore (Le bore est un élément chimique de symbole B et de numéro atomique 5.). Développée (En géométrie, la développée d'une courbe plane est le lieu de ses centres de courbure. On peut aussi la décrire comme l'enveloppe de la famille des...) par le CINaM, cette molécule 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.) inspirée de la structure de la molécule naturelle de curcumine offre à la fois des propriétés photoniques inattendues et une grande simplicité de synthèse (d'où un coût avantageux).

L'originalité de cette molécule ne s'arrête pas là. Outre sa propriété d'émission de fluorescence retardée dans le proche infrarouge, le dérivé de curcumine est en effet capable de produire une émission spontanée amplifiée, phénomène à l'origine du rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule...) laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser...). Un résultat inédit puisqu'aucun matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base sélectionnée en raison de propriétés...) n'était doté jusqu'à présent de cette combinaison (Une combinaison peut être :) de propriétés. Objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une...) d'un dépôt de brevet, cette découverte marque un pas important pour l'ingénierie (L'ingénierie désigne l'ensemble des fonctions allant de la conception et des études à la responsabilité de la construction et au contrôle des...) moléculaire de composés à fluorescence retardée. Elle ouvre aussi des perspectives prometteuses dans le développement des lasers organiques et semble même rapprocher les physico-chimistes de ce qui demeure le "graal" en 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, l'état gazeux. La matière...) de lasers: concevoir des lasers organiques contrôlés par signal électrique.

Note:
(1) Organic light-emitting diode
(2) Thermally-assisted delayed fluorescence
(3) Kyushu University (Fukuoka, Japon), Ewha Womans University (Seoul, Corée), Georgia Tech (Atlanta, États-Unis)


Références publication:
Dae-Hyeon Kim, Anthony D'Aléo, Xian-Kai Chen, Atula S.D. Sandanayaka, Dandan Yao, Li Zhao, Takeshi Komino, Elena Zaborova, Gabriel Canard (Les canards sont des oiseaux aquatiques au bec caractéristique, domestiqués ou non. Le terme « canard » est un terme générique qui désigne des espèces qui ne...), Youichi Tsuchiya, Eunyoung Choi, Jeong Weon Wu, Frédéric Fages, Jean-Luc Brédas, Jean-Charles Ribierre, Chihaya Adachi
High-efficiency electroluminescence and amplified spontaneous emission from a thermally-activated delayed fluorescent near infrared emitter
Nature Photonics – Janvier 2018
DOI: 10.1038/s41566-017-0087-y

Contact chercheurs:
Anthony D'Aléo, CINaM UMR7325, Aix-Marseille Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux États-Unis, au moment où...)
Frédéric Fages, CINaM UMR7325, Aix-Marseille Université
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