Des scientifiques observent pour la première des molécules changer de forme

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Lorsqu'une molécule gagne ou perd des électrons, ses propriétés chimiques et physiques changent, mais sa structure est elle aussi modifiée. C'est ce que viennent d'observer pour la première fois des scientifiques d'IBM à Zurich à l'aide d'un microscope à force atomique (AFM). Cet appareil, qui balaye un échantillon en 3D avec une minuscule sonde, est capable de visualiser des éléments de quelques nanomètres à peine. Grâce à la nanosonde, les chercheurs ont pu « injecter » des électrons un à un dans quatre types de molécules aromatiques - azobenzène, TCNQ (tétracyanoquinodiméthane), pentacène et porphine - et observer ainsi leurs modifications. L'expérience, publiée dans la revue Science, s'est déroulée dans une chambre à vide froide pour être certain que les molécules n'étaient pas perturbées par d'autres facteurs extérieurs.

Le changement de structure de la molécule de porphine, avec une charge nulle (F0), un électron (F-1) ou deux électrons (F-2). © IBM Research Zurich

Les chercheurs ont constaté que la charge électrique n'affecte pas les molécules de façon identique : celle d'azobenzène, par exemple, se tord entièrement sur elle-même, tandis que dans le pentacène, certaines parties sont plus réactives que d'autres. Lorsqu'il est chargé négativement, le TCNQ à tendance à « glisser » sur le support, la porphine voyant elle la longueur et le type des liaisons changer. Ces recherches devraient aider à mieux comprendre certains processus chimiques et biologiques. La porphine, par exemple, se charge ou se décharge quand la chlorophylle transforme la lumière en énergie dans les plantes ou quand l'hémoglobine transporte l'oxygène dans le sang. « Mieux comprendre ces effets moléculaires pourrait aussi nous aider à améliorer les propriétés des matériaux », suggère Shadi Fatayer, l'auteur principal de l'étude.

Les molécules voient leur forme modifiée selon leur charge. De haut en bas : azobenzène, pentacène, TCNQ et porphine. © IBM Research Zurich