Une chaîne de lumière moléculaire ouvre la voie aux technologies quantiques
Des chercheurs de l'Empa ont réussi une percée. Avec une précision atomique, ils couplent des molécules de porphyrine à des nanobandes de graphène. Le résultat est un système hybride qui combine des propriétés électroniques, magnétiques et optiques, avec un potentiel pour les capteurs, l'électronique et les applications quantiques.
Les porphyrines sont des composants essentiels de la nature. Elles constituent la base de l’hémoglobine dans le sang ou de la chlorophylle dans les plantes. En combinaison avec des centres métalliques, elles acquièrent des propriétés chimiques et physiques variées. Des chercheurs de l’Empa ont utilisé ce principe pour fixer de manière ciblée des porphyrines à un nanobande de graphène aux bords en zigzag. La liaison s’est faite avec la plus grande précision et forme une sorte de chaîne moléculaire avec des distances exactement définies.
Le magnétisme rencontre la logique quantique
Le ruban de graphène apporte son propre magnétisme marginal, tandis que les centres métalliques des porphyrines apportent un magnétisme conventionnel. Les deux systèmes ont été couplés avec succès, une étape cruciale pour les applications de la technologie quantique. Le matériau hybride pourrait fonctionner comme une série de qubits interconnectés dans lesquels les spins sont utilisés comme supports d’information.
Électronique et optique en un seul système
Les porphyrines ne sont pas seulement actives magnétiquement, mais aussi optiquement. Elles peuvent émettre de la lumière dont la longueur d’onde est influencée par l’état magnétique. Une sorte de guirlande lumineuse moléculaire qui transmet des informations en changeant de couleur. Inversement, le système peut être excité par la lumière, ce qui modifie la conductivité et le magnétisme du ruban de graphène. Cela ouvre la voie à un large éventail d’applications, des capteurs chimiques aux nouveaux composants électroniques.
Un jeu de construction pour l’avenir
La synthèse de ces structures nécessite des procédés complexes. Sous ultravide et à haute température, les molécules de départ, conçues avec précision, sont « cuites » sur une surface d’or pour former les chaînes. Soutenue par la Fondation Werner Siemens, l’équipe de l’Empa travaille désormais à la mise au point de systèmes encore plus polyvalents en variant les centres métalliques et les largeurs de graphène. L’objectif est de créer des matériaux design qui constitueront la base des futures technologies quantiques.
La combinaison des porphyrines et du graphène ouvre la voie à une nouvelle classe de systèmes moléculaires. Elle combine la chimie, le magnétisme et l’optique dans des structures à l’échelle nanométrique et pose les bases de l’électronique et de la technologie quantique de demain.