Des molécules-cage luminescentes: vers de nouveaux thermomètres nanométriques

Les métallasilsesquioxanes, molécules-cage dans laquelle sont piégés des atomes métalliques, sont d'excellents catalyseurs pourvus de propriétés magnétiques. Les rendre luminescents serait encore plus intéressant pour de nombreuses applications. Des chercheurs de l'ICGM (CNRS/Université de Montpellier/ENSC Montpellier), de l'Académie des sciences (Une académie des sciences est une société savante dont le rôle est de promouvoir la recherche...) de Russie et de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) Russe de l'Amitié des Peuples ont obtenu les premiers métallasilsesquioxanes en forme de cages luminescents via l'introduction d'ions lanthanides. Selon ces travaux, qui font la couverture de Chemistry, a European Journal, ce type de composés luminescents et magnétiques pourrait à terme être utilisé par exemple pour mesurer la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) locale à des échelles nanométriques ou pour stocker de l'information à l'échelle moléculaire.


Les silsesquioxanes sont des composés formés de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C,...), de silice (La silice est constituée de dioxyde de silicium, un composé chimique qui entre dans la...) et d'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de...). Certains s'organisent spontanément pour former une "cage" dans laquelle d'autres atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut...) sont "piégés" et apportent ainsi de nouvelles propriétés. Lorsque des ions métalliques y sont "capturés", ces cages deviennent par exemple de très bons catalyseurs (En chimie, un catalyseur est une substance qui augmente la vitesse d'une réaction chimique ;...). Y piéger des ions lanthanides, connus pour leurs propriétés optiques et magnétiques, permettrait en théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer,...) de conférer ces propriétés aux silsesquioxanes. Dans la pratique, les interactions entre les ions de lanthanides au sein de cette matrice moléculaire éteignent souvent leur luminescence (La luminescence est une émission de lumière dite "froide", par opposition à l'incandescence qui...). Décidés à réactiver cette propriété, des chercheurs de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) Charles Gerhardt Montpellier (ICGM, CNRS/Université de Montpellier/ENSC Montpellier), de l'Académie (Une académie est une assemblée de gens de lettres, de savants et/ou d'artistes reconnus par leurs...) des sciences de Russie et de l'Université Russe de l'Amitié des Peuples ont généré la première famille de lanthanidesilsesquioxanes tétranucleaires qui présentent bien une structure en cage et qui luminescent grâce aux lanthanides, tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) en étant magnétiques.

Pour y parvenir, les chercheurs ont testé différents ligands afin d'en trouver qui permettent de maintenir les atomes de lanthanides dans la cage moléculaire sans altérer leurs propriétés optiques. La présence simultanée de luminescence et de magnétisme (Le magnétisme est un phénomène physique, par lequel se manifestent des forces...) ouvre la voie à différentes applications y compris dans le domaine des nanomatériaux. Ainsi, des différences d'émissions entre silsesquioxanes de type cage à base de divers lanthanides pourraient permettre de mesurer les températures locales, et donc offrir une application en thermométrie à l'échelle nanométrique. Le magnétisme intéresse quant à lui pour sa capacité à stocker de l'information sur une molécule, comme dans les disques durs, mais sur des espaces encore plus réduits. Le but est d'obtenir à terme des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...) multifonctionnels dont les deux propriétés, le magnétisme et la luminescence se régulent en synergie: affecter la luminescence en jouant sur le magnétisme.

Ces travaux ont été soutenus par un Projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a...) de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) conjoint (PRC) du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand...) et de la Fondation russe pour la recherche fondamentale (La recherche fondamentale regroupe les travaux de recherche scientifique n'ayant pas de finalité...) (RSFBR), ainsi que par une bourse Vernadski de l'ambassade de France en Fédération de Russie, qui finance des thèses en cotutelle entre les deux pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue...).

Référence:
Alena N. Kulakova, Alexey N. Bilyachenko, Mikhail M. Levitsky, Victor N. Khrustalev, Elena S. Shubina, Gautier Felix, Ekaterina Mamontova, Jérôme Long, Yannick Guari, and Joulia Larionova. New luminescent tetranuclear lanthanide-based silsesquioxane cage-like architectures. Chemistry, a European Journal, 2020.
https://doi.org/10.1002/chem.202003351