Une seule molécule constitue un capteur sensible de pression et de force – Physics World

Une seule molécule constitue un capteur sensible de pression et de force – Physics World

Horodatage: 15 novembre 2023, 11 h 36

Dessin de la molécule bullavène et des réarrangements qu'elle subit
Flopping around : Un dessin de la molécule de bullavène et des réarrangements qu'elle subit à mesure qu'elle se transforme en ses différentes formes possibles, ou isomères. (Avec l'aimable autorisation : Wikipédia/image du domaine public)

Des chercheurs australiens ont détecté et contrôlé des changements dans la forme d'une molécule unique en réponse à une force mécanique appliquée. Cet exploit pourrait permettre le développement de capteurs de pression et d’accéléromètres implantables miniaturisés pour l’industrie électronique.

La molécule en question, le bullavène, est un hydrocarbure de formule chimique C10H10. Il est piézorésistif, ce qui signifie que sa résistance électrique change en réponse à une contrainte mécanique. Dans le cas de Bullavene, cette déformation se produit lorsque la molécule change entre ses différentes formes possibles, ou isomères, modifiant la connectivité entre ses atomes et produisant une variation mesurable de sa résistance électrique.

Les chercheurs ont choisi d'explorer le comportement piézorésistif du bullavene, car celui-ci subit des changements de forme inhabituellement importants en raison de processus connus sous le nom d'isomérie constitutionnelle et conformationnelle. « Le premier implique le réarrangement des topologies de liaison, tandis que le second implique que les molécules « s'agitent simplement » », explique Jeffrey Reimers, chimiste à Université de Technologie de Sydney qui a dirigé l'étude avec Nadim Darwich of Université Curtin, Daniel Kossov of Université James Cook et de Thomas Fallon des Université de Newcastle.

Nadim Darwish, co-responsable de l'étude
Nadim Darwich. Avec l'aimable autorisation de l'Université Curtin

Pour mesurer la résistance changeante du bullavene, l’équipe a utilisé des attaches chimiques appelées journaux intimes pour lier la molécule à des contacts en or espacés de 7 à 15 angströms. Lorsque ces contacts en or se déplacent, la molécule reste liée à eux, mais la contrainte mécanique qu'elle subit l'amène à former un nouvel isomère de forme différente. Ce changement de forme modifie le flux d’électricité à travers la molécule, et les chercheurs ont pu mesurer ces changements grâce à la microscopie à effet tunnel.

Capteurs miniatures et échelles de temps en millisecondes

Les piézorésistances sont déjà largement déployées dans une gamme d'applications, notamment les détecteurs de vibrations dans les appareils électroniques, les podomètres dans les smartphones, les déclencheurs d'airbags de voiture et les capteurs médicaux implantables. Les molécules de bullavène étant si petites, elles pourraient être utilisées pour créer des versions miniaturisées de ces dispositifs conventionnels. Un capteur basé sur Bullavene pourrait également détecter la présence d’autres produits chimiques ou biomolécules tels que des protéines ou des enzymes – ce qui pourrait être important pour détecter des maladies, explique Darwish.

Les chercheurs, qui détaillent leurs travaux dans Communications Nature, disent qu'ils peuvent envisager de créer des dispositifs aussi petits que 3 à 100 nm2 qui détectent les forces et pressions externes simplement en mesurant les changements de résistance. Une autre caractéristique utile, ajoute Kosov, est que les piézorésistances peuvent osciller à 800 Hz, ce qui signifie qu'elles pourraient être utilisées pour surveiller des processus qui se produisent sur des échelles de temps de l'ordre de la milliseconde.

Les prochaines étapes du travail de l’équipe consisteront à transférer la technologie d’une expérience de microscopie coûteuse vers une plate-forme de détection bon marché. "Cela nous obligera à développer des capteurs à nano-électrodes dont les éléments actifs sont nos molécules qui changent de forme", explique Darwish. Monde de la physique.

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