Les lanthanides liés éclairent le domaine de l'ingénierie des cristaux
Les métaux de terres rares, lorsqu'ils sont liés, peuvent agir comme un conduit pour le flux d'énergie et sont prometteurs pour le développement de nouveaux matériaux.
Des scientifiques ont connecté deux cristaux mous et ont observé un transfert d'énergie entre eux - une découverte qui pourrait conduire au développement de matériaux sophistiqués et réactifs. L'étude, réalisée par des scientifiques de l'université d'Hokkaido au Japon, a été publiée dans la revue Nature Communications.
Micrographie optique des cristaux mous de lanthanides liés utilisés dans cette étude ; le cristal de dysprosium est à gauche et le cristal de terbium est à droite.
Pedro Paulo Ferreira da Rosa, et al. Nature Communications. July 5, 2022
Les cristaux mous sont des solides moléculaires flexibles aux structures très ordonnées. Lorsqu'ils sont soumis à des stimuli externes, comme de la vapeur ou un frottement, leurs structures moléculaires se réordonnent et ils réagissent en changeant de forme, de couleur ou de luminescence.
"Nous voulions savoir ce qui se passerait si nous fusionnions des cristaux mous au niveau moléculaire pour les connecter", explique Yasuchika Hasegawa, chimiste des matériaux à l'université d'Hokkaido et auteur principal de l'étude. Hasegawa et son équipe ont utilisé des métaux de terres rares appelés lanthanides, dont les ions ont des rayons aussi grands et forment donc des structures similaires. Les composés de lanthanides, au nombre de 15, sont intéressants car ils peuvent être luminescents.
L'équipe a étudié les structures des cristaux fabriqués à partir des lanthanides terbium (Tb), qui émet une lumière verte, et dysprosium (Dy), qui émet une lumière jaune. L'équipe a d'abord relié les cristaux de chaque lanthanide séparément et a observé les structures et le transfert d'énergie au sein des composés. Elle a ensuite utilisé ces informations pour fusionner les cristaux de Tb(III) et de Dy(III) par une liaison pyridine et a examiné la structure moléculaire d'un transfert d'énergie dans le "train moléculaire" fusionné.
Lorsqu'ils ont excité l'extrémité dysprosium du train en utilisant une lumière bleue, ils ont observé une luminescence verte à l'extrémité terbium opposée. Leurs calculs ont révélé que l'énergie était transférée d'un cristal à l'autre sur une distance de 150 micromètres. "Cette distance de migration de l'énergie est la plus longue rapportée pour des polymères de coordination de lanthanides ou des systèmes complexes", déclare Hasegawa. L'extrémité terbium a continué à luminescer pendant 0,60 millisecondes.
La connexion de cristaux mous pourrait conduire à la formation de nouvelles structures cristallines qui pourraient avoir des applications dans les semi-conducteurs, les lasers, les fibres optiques et l'impression.
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