Los sistemas vivos poseen una capacidad notable de adaptación a su entorno: el ojo humano ajusta su sensibilidad a la luz, las plantas regulan su hidratación. Ellos optimizan permanentemente sus funciones para mantener un equilibrio frente a las variaciones de su entorno. Reproducir tal autonomÃa en materiales artificiales constituye un gran desafÃo en la ciencia de materiales.
a: Dispositivo de nanoantenas plasmónicas integrado en una matriz MOF.
b–c: Observación de la dispersión luminosa a 850 nm de las antenas, y de su evolución en el tiempo bajo irradiación láser.
d–e: Variación de la intensidad de dispersión normalizada a lo largo del tiempo, medida para el conjunto de la red y para una antena individual.
En efecto, actualmente, la mayorÃa de los materiales denominados "inteligentes" necesitan un control o un estÃmulo externo para modificar su comportamiento: por ejemplo, los polÃmeros con memoria de forma recuperan una forma inicial cuando se calientan, los materiales piezoeléctricos producen una tensión eléctrica cuando se someten a un esfuerzo mecánico. Por el contrario, la autorregulación se basa en una respuesta autónoma fundada en bucles de retroalimentación, aún difÃciles de implementar en los sistemas artificiales.
Para superar este lÃmite, cientÃficos del laboratorio de QuÃmica de la materia condensada de ParÃs (CNRS / Sorbonne Université), del Laboratorio Charles Fabry (CNRS / Universidad Paris-Saclay) y del Centro de nanociencias y nanotecnologÃas (CNRS / Universidad Paris-Saclay) proponen un dispositivo capaz de autorregular su absorción de luz en función de su intensidad. Se basa en la asociación de dos bloques complementarios: una metasuperficie plasmónica de nanoantenas de oro, capaces de absorber la luz y convertirla en calor, y una pelÃcula porosa del tipo Metal-Organic Framework (MOF), sensible a la temperatura.
En presencia de vapor, la pelÃcula de MOF modifica su Ãndice óptico cuando se calienta. Este cambio desplaza la resonancia de las nanoantenas y reduce su absorbancia. AsÃ, cuando la intensidad luminosa aumenta, el sistema absorbe automáticamente menos luz y limita su calentamiento. Este bucle de retroalimentación termo-óptica confiere al dispositivo un comportamiento autorregulado, comparable al de un termostato a escala nanométrica.
Hecho destacable, esta autorregulación no es estática. A escala de una sola nanoantena, los investigadores observaron oscilaciones espontáneas bajo una iluminación constante. Un comportamiento, comparable al de un motor de vapor alimentado por la luz que se basa en el desfase temporal entre el calentamiento rápido de las nanoantenas y la respuesta más lenta del material poroso.
Estos resultados, publicados en la revista Nature Communications, abren nuevas perspectivas para el desarrollo de materiales autónomos capaces de adaptarse y evolucionar sin control externo. A largo plazo, podrÃan encontrar aplicaciones en la óptica adaptativa, la gestión térmica, los sensores inteligentes o incluso dispositivos capaces de funcionar según ritmos programados, a imagen de los sistemas biológicos.