Des nanopérovskites moulées sur du savon pour produire de la lumière polarisée

Publié par Redbran le 11/10/2020 à 13:00
Source: CNRS INC
Quand une onde lumineuse se propage en ligne droite, elle oscille perpendiculairement à sa direction de propagation. Quand ces oscillations sont toutes orientées de la même façon, on parle de polarisation linéaire ou circulaire (CPL) de la lumière. Des scientifiques, réunis autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit...) du Laboratoire international associé Chiral nanostructures for photonic applications (LIA-CNPA, CNRS/Université de Kyoto), ont synthétisé un nouveau convertisseur de 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)....) naturelle en CPL, grâce à un "savon (Le savon est un objet liquide ou solide composé de molécules amphiphiles composées de sels métalliques, spécifiquement d'hydroxyde de sodium ou d'hydroxyde de potassium, et d'acides...)", ou 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 matière possédant les propriétés...) tensioactive, qui s'organise en escalier (L’escalier est une construction architecturale constituée d'une suite régulière de marches, les degrés, permettant d'accéder à un étage, de passer d'un niveau à un autre en montant et...). Ce dernier est utilisé pour créer des nanoobjets hélicoïdaux en silice (La silice est constituée de dioxyde de silicium, un composé chimique qui entre dans la composition de nombreux minéraux ; sa formule est SiO2.), sur lesquels sont greffés des nanocristaux de pérovskite. Ces travaux sont publiés dans la revue ACS NanoLetters, ce système versatile ne demande que trois composants et est rapide à préparer.


À gauche, détail des nanohélices et des nanocristaux. À droite, l'émission de CPL par des supports transparents. © Liu et al.

En plus de son intensité lumineuse et de sa couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s)...), la lumière peut avoir une polarisation ( la polarisation des ondes électromagnétiques ; la polarisation dûe aux moments dipolaires dans les matériaux diélectriques ; En électronique, la polarisation est le...): c'est-à-dire que ses oscillations, perpendiculaires à la direction du faisceau lumineux, sont orientées d'une même manière. Lorsque leur orientation (Au sens littéral, l'orientation désigne ou matérialise la direction de l'Orient (lever du soleil à l'équinoxe) et des points cardinaux (nord de la...) varie selon un mouvement de rotation, vers la droite ou la gauche, on parle alors de lumière polarisée circulairement (CPL). Dans la nature, elle est produite par des scarabées, des crustacés (Les crustacés (Crustacea) sont des arthropodes, c'est-à-dire des animaux dont le corps est revêtu d’un exosquelette chitinoprotéique appelé cuticule et souvent imprégné de carbonate...) ou les larves de lucioles. La CPL a un effet positif sur la vitesse (On distingue :) de croissance de certaines plantes et sur l'efficacité de conversion énergétique des systèmes photovoltaïques. Afin de convertir la lumière naturelle en CPL, des chercheurs du laboratoire Chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec lesquelles elle partage des espaces d'investigations...) et biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des sciences naturelles et de l'histoire naturelle des êtres vivants (ou...) des membranes et des nanoobjets (CBMN, CNRS/Université de Bordeaux/Bordeaux INP), de l'université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études...) de Kyoto (Japon), de l'université de Lorraine (L’université de Lorraine est un regroupement d’établissements d’enseignement supérieur et de recherche de Nancy et de Metz. Il...) (LCP-A2MC), du Bordeaux imaging centre (BIC, CNRS/INSERM/Université de Bordeaux) et de l'université technique de Munich (Allemagne), ont synthétisé des films transparents de nanohélices de silice, sur lesquelles sont greffés des nanocristaux de pérovskite. Leur approche combine un processus de synthèse très versatile, plus simple et d'impact écologique réduit.

Pour cela, les chercheurs ont eu l'idée d'utiliser une molécule tensioactive, une sorte de savon, qui s'auto-assemble spontanément dans l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) sous forme d'escalier en colimaçon (Initialement, « limaçon » est un diminutif de « limace ». Tout d'abord, de manière naturelle, ce mot est parfois utilisé pour désigner de petites limaces. Il serait imprudent...). Selon la molécule choisie, l'escalier tournera vers la gauche ou vers la droite. Une fois solidifié, ce nano-escalier sert de moule pour appliquer à température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est...) ambiante un film de silice de quelques nanomètres d'épaisseur, sur lequel est greffé de façon contrôlée (sur des marches spécifiques de l'escalier) des nanocristaux de pérovskite. En fonction de leur composition exacte, ces cristaux, ou quantum (En physique, un quantum (mot latin signifiant « combien » et qui s'écrit « quanta » au pluriel)...) dots, absorbent ou émettent de la lumière, d'une manière qui est également influencée par le sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une évolution progressive allant du ralentissement du vieillissement, suivi de...) de rotation du système. Ainsi, seuls trois composants sont nécessaires à la fabrication de ce convertisseur de lumière naturelle en CPL, qui est transparent: une propriété cruciale pour les applications optiques. Ces travaux ont été menés dans le cadre du Laboratoire international associé Chiral nanostructures for photonic applications (LIA-CNPA, CNRS/Université de Kyoto).

Référence:
Peizhao Liu, Wei Chen, Yutaka Okazaki, Yann Battie, Lysiane Brocard, Marion Decossas, Emilie Pouget, Peter Müller-Buschbaum, Brice Kauffmann, Shaheen Pathan, Takashi Sagawa, and Reiko Oda.Optically Active Perovskite CsPbBr3 Nanocrystals Helically Arranged on Inorganic Silica Nanohelices. ACS Nano Letters, 03/09/2020.

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.0c02013

Contacts:
- Reiko Oda - Directrice de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances...) CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) au CBMN (UMR5248, CNRS/Université de Bordeaux/Bordeaux INP) - reiko.oda at u-bordeaux.fr
- Stéphanie Younès - Responsable Communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle, groupale...) que l'animal (communication intra- ou inter-...) - Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical...) de chimie du CNRS - inc.communication at cnrs.fr
- Anne-Valérie Ruzette - Chargée scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes scientifiques.) pour la communication - Institut de chimie du CNRS -anne-valerie.ruzette at cnrs.fr
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