Activer ou éteindre à volonté l'émission infrarouge d'une molécule

Un enjeu majeur pour les domaines de la communication, de l’imagerie médicale, de la détection ou de l’authentification de documents : des chimistes rennais, en collaboration avec leurs collègues à Cachan et à Lyon, ont mis au point une molécule dont ils peuvent commuter l'émission dans le proche infrarouge, invisible à l'œil, par simple irradiation lumineuse ou application d'un potentiel électrique. Publication dans Journal of the American Chemical Society (déc. 2019).

Schéma : H. Al Sabea, S. Rigaut et al.
  1. Des applications prometteuses...
  2. ... conditionnées à la résolution d'un délicat problème scientifique
  3. Le résultat : un système multi-responsif unique
  4. Référence

Des applications prometteuses...

Les matériaux émettant de la lumière dans le domaine du proche infrarouge sont d’un très grand intérêt pour une large gamme d’applications telles que la détection, l’imagerie biomédicale, le développement de marqueurs luminescents souvent utilisés dans les technologies d'authentification et de sécurité. Ces matériaux intéressent aussi les technologies de la communication car ils offrent le double avantage d'étendre la bande passante disponible et d'émettre un rayonnement essentiellement invisible à l'œil humain.

Pour toutes ces applications, le contrôle de la lumière émise à l’aide d’un stimulus adapté ouvre de nouvelles possibilités : super résolution en imagerie ou marqueurs plus sophistiqués pour la sécurisation de documents, pour n’en citer que quelques-unes.

... conditionnées à la résolution d'un délicat problème scientifique

Dans ce contexte, les complexes de certains ions lanthanides comme l’ytterbium sont particulièrement intéressants car leur émission se situe purement dans le domaine du proche infrarouge, sans aucune contribution dans le visible.

Cependant, la commutation de leur luminescence est très peu développée car la manipulation des niveaux d’énergie associées à ces émissions est généralement très délicate.
En particulier, la commutation par la lumière, stimulus très aisé à mettre en œuvre en pratique car sans contact, n’a jamais été réalisée.

C’est à ce défi que se sont attaqué les chercheurs de l’Institut des sciences chimiques de Rennes, de l’ENS Lyon et de l’ENS Paris-Saclay, emmenés par Stéphane Rigaut, professeur à l'Université de Rennes 1.

Le résultat : un système multi-responsif unique

Représentation 3D du complexe 4ooo synthétisé par les chercheurs - Structure cristalline simplifiée du complexe d’ytterbium(III) dont les chimistes rennais ont rendu l'émission infrarouge commutable, soit par la lumière, soit sous l'influence d'un potentiel électrique. - © H. Al Sabea, S. Rigaut et al.

Les chimistes ont mis au point un complexe d’ytterbium(III) portant des ligands isomérisables par la lumière et adaptés pour le contrôle de l’émission de l’ytterbium.
C'est en changeant l’état de ces ligands autour du métal par irradiation lumineuse, dans l'ultraviolet ou le visible, que l’émission dans le proche infrarouge peut être éteinte ou activée à volonté, de façon rapide et efficace.

Les chercheurs ont aussi combiné à ce système une commutation électrochimique, en incorporant dans la molécule un autre ligand qui, lui, réagit sous l’influence d’un potentiel électrique.
Ainsi, ils ont obtenu en définitive un système multi-responsif tout à fait unique.

Référence

Dual Light and Redox Control of NIR Luminescence with Complementary Photochromic and Organometallic Antennae
H. Al Sabea, L. Norel, O. Galangau, H. Hijazi, R. Métivier, T. Roisnel, O. Maury, C. Bucher, F. Riobé, S. Rigaut

J. Am. Chem. Soc. - Déc. 2019 | doi: 10.1021/jacs.9b11318

[Cet article remanie un texte de Stéphane Rigaut et de Lucie Norel]