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Compression sélective dans un cristal : une presse moléculaire

ActualitéClassé sous :chimie , matériau composite , physique

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En appliquant un gaz d'hélium sur un cristal nanoporeux apériodique, les chercheurs du Groupe matière condensée et matériaux (CNRS - Rennes) ont réalisé le premier exemple de presse moléculaire. Ces travaux ouvrent des perspectives pour l'étude des propriétés physiques de molécules nano-confinées.

Compression sélective dans un cristal : une presse moléculaire

Les chercheurs ont travaillé sur un matériau composite d'urée-alcane : l'urée, grâce à ses liaisons hydrogènes, forme un canal cylindrique à l'intérieur duquel se logent de longues molécules d'alcanes. Ce matériau constitue un véritable cristal nanoporeux confiné dans les canaux d'une matrice rigide. Sur ce cristal moléculaire, les chercheurs ont réalisé une expérience originale de compression sélective. Ils ont observé, par diffraction de neutrons(1), l'incidence de l'application d'un gaz d'hélium qui imprime une pression à chaque extrémité du cristal.

Les deux paramètres cristallins sont indépendants : la longueur de la molécule d'alcane d'une part, le pas de l'hélice de la matrice d'urée d'autre part. La structure est apériodique le long du canal et donc toutes les positions relatives des molécules d'alcane et d'urée existent. En conséquence, on peut compresser sélectivement un réseau par rapport à l'autre. Ces résultats montrent que la contraction des deux sous-réseaux est différente au delà d'une pression seuil : le sous-réseau "urée" se compresse peu alors que le sous-réseau "alcane" se compresse de façon significative. Selon la pression appliquée, on peut ainsi faire varier la distance entre les molécules d'alcanes et en observer les conséquences sur les différentes propriétés du cristal.

Cette expérience constitue un exemple unique de presse moléculaire où les atomes d'hélium constituent le piston et les canaux d'urée le cylindre. Les prospectives ouvertes par ce résultat sont très forts puisque le contrôle continu des distances entre les molécules contenues dans la matrice fournit une opportunité unique de faire varier et d'étudier de nombreuses propriétés physiques de molécules fonctionnelles nano-confinées.

Notes :

(1) Ces travaux ont été réalisés auprès du réacteur de neutrons à haut flux « Orphée » du laboratoire Léon Brilloin (CEA - CNRS, Saclay).

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