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RÉSUMÉ
L’azobenzène est une molécule photochromique qui sous l’action de la lumière passe d’un état initial appelé trans à un état final appelé cis pour revenir à son état initial. Ces deux états de photocommutation moléculaire en font l’une des molécules les plus utilisées pour les nanotechnologies. Cet article montre comment la lumière est considérée comme un signal de commutation externe idéal pour manipuler les assemblages moléculaires pour construire des systèmes et des machines à l’échelle nanométrique. Les développements futurs de ces systèmes photocommutables dans des applications pratiques ainsi que les challenges existants seront aussi présentés et mis en perspective.
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Régis BARILLÉ : Professeur MOLTECH-Anjou, université d’Angers/UMR CNRS 6200, Angers, France
INTRODUCTION
L’azobenzène ou molécule azo est une molécule qui permet une commu-tation réversible de son système moléculaire par une réaction d’isomérisation donnant deux états différents de la molécule ayant les mêmes atomes mais dans un arrangement différent. Une différence remarquable des spectres d’absorption se fait entre les deux états de commutation par absorption d’un photon. Cette molécule qui change de couleur quand on l’éclaire fait, de plus, partie de la famille des molécules photochromiques. Cette commutation moléculaire se fait principalement en utilisant la lumière comme stimulus mais peut aussi s’activer au niveau de la molécule seule par le courant d’électrons d’une pointe d’un microscope à effet tunnel.
En utilisant les caractéristiques photocommutables particulières de l’azobenzène, une variété de systèmes fonctionnels peut être synthétisée utilisant différents matériaux, des cristaux liquides aux polymères et aux molécules biologiques. Les applications utilisant cette molécule sont nombreuses à tous les niveaux d’échelle de dimension, comme le stockage de données optiques à haute densité, les commutateurs moléculaires pour des membranes photo-activées, les portes logiques photocommandées, les rubans et les surfaces photoélastiques, les nanoparticules pour des encres photoeffaçables, les systèmes électroniques/optiques, les surfaces d’imagerie bio.
Cet article commencera par une brève description de la molécule azobenzène pouvant conduire à des systèmes en solution jusqu’aux matériaux fonctionnels et aux polymères activés par la lumière. Les exemples d’utilisation de cette molécule couvriront aussi bien les domaines de la photonique que la biologie ou l’électronique moléculaire.
Les développements futurs de ces systèmes photocommutables dans des applications pratiques ainsi que les challenges existants seront aussi présentés et mis en perspectives au regard des demandes de miniaturisation et de l’évolution de la nanotechnologie.
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1. Contexte
Un des objectifs les plus importants des nanosciences et des nanotechnologies est une plus grande miniaturisation des systèmes d’information. Les ordinateurs actuels sont un exemple de la miniaturisation des systèmes électroniques. Cette miniaturisation des composants pour la construction de systèmes et de machines utilisés dans la vie courante est actuellement réalisée par une approche du haut vers le bas (top-down ). Cette approche, qui conduit les physiciens à manipuler ou transformer progressivement de petites pièces de matière par photolithographie et les techniques associées, évolue jusqu’à présent de façon remarquable. Il devient cependant de plus en plus évident que l’approche du haut vers le bas se heurte à des limitations drastiques pour des dimensions plus petites que 100 nm. Même si cette dimension est très petite pour la plupart des expérimentateurs, elle demeure très grande à l’échelle des atomes et des molécules.
Une alternative, qui est la stratégie la plus prometteuse à exploiter en sciences et technologies à l’échelle du nanomètre, consiste à utiliser une approche du bas vers le haut (bottom-up ) pour construire des nanostructures. La nature permet l’assemblage de molécules de manière élégante et efficace par de multiples inter-actions faibles non covalentes c’est-à-dire n’impliquant pas la création de nouvelles orbitales moléculaires. L’approche du bas vers le haut est le domaine des nanosciences et de la nanotechnologie. C’est la raison pour laquelle les chimistes capables de manipuler les atomes et les molécules sont dans une position idéale pour contribuer au développement des nanosciences et des nanotechnologies. Malgré tout, bien qu’inspirés par la complexité et la diversité de ces architectures moléculaires, les chimistes font face à la question de la manipulation des molécules dans le but de construire des structures artificielles ayant une perfection et des fonctionnalités similaires. Les molécules sont en effet des blocs de construction plus aisés que les atomes pour construire des systèmes assemblés et des machines à l’échelle nanométrique.
Les entrées externes exploitées pour contrôler l’assemblage moléculaire peuvent utiliser le pH, la lumière, la température, l’électricité, les ultrasons, etc. Parmi ces stimuli, la lumière est un des plus avantageux. Premièrement, parce qu’elle peut...
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BIBLIOGRAPHIE
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
BARILLÉ (R.). – Brevet CNRS 05517-01_68307 Co-ownershipproposal Wroclaw University of Technology. Procédé de détection de conditions de turbulence utilisant l’interaction d’un faisceau laser avec un film mince photochromique et dispositif mettant en œuvre ledit procédé (2012).
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