Induction Chirale de la Microstructure vers l’Electron
pour une Emission Radiative Anisotrope – CHIMERA
Notre projet porte sur l’étude de comment un ensemble organisé de structures chirales (typ. 10 à 100 nm) peut exhiber un comportement supramoléculaire capable d’être transféré aux moments (spin, orbital) des particules fondamentales comme les photons ou les électrons. Notre hypothèse est que la structuration hélicoïdale de nano-objets induit des propriétés chirales apte à produire en son sein des impulsions lumineuse cohérentes du visible au Deep-UV (DUV) polarisées circulairement avec une hélicité fixée par l’assemblage. La taille et la morphologie des objets chiraux déterminent la gamme de longueurs d’onde applicables, idéalement situées dans le DUV-Vis pour la plupart des applications. Cependant un double défi se présente: d’une part, la synthèse de molécules hélicoïdales au-delà du nanomètre est encore extrêmement difficile et d’autre part, les approches top-down produisent une trop forte inhomogénéité de taille à l’échelle nanométrique des matériaux chiraux. Notre solution à ce double problème repose sur une double empreinte supramoléculaire avec dans un premier temps la fabrication d’une coque externe dure de forme hélicoïdale nanométriques de silice(pas et longueur à partir de 10-100nm) à partir d’un ‘’moule’’ hélicoïdal souple d’hélicité et pas tous deux contrôlés. Dans un deuxième temps, cette hélice de silice est utilisée comme nanoréacteur pour pyrolyser ou polymériser de la matière organique encapsulée en son sein. Cette seconde étape permettrait ainsi de générer des nano-dots graphénoïde torsadés (C-dot) le long d’un arrangement hélicoïdal modulable aux échelles nano- et micrométrique. Ce projet a pour ambition la préparation de matériaux carbonés chiraux stables et émissifs composés de nano-domaines étendus p-conjugués, mais aussi l’étude approfondie des propriétés chiroptiques induites par et dans ces structures chirales. Nous voulons explorer si la chiralité morphologique à des dizaines de nanomètres peut induire une optique non linéaire chirale. Pour se faire, nous analyserons la polarisation des harmoniques d’un faisceau laser infrarouge intense, soit l’émission cohérente d’impulsions femtosecondes allant du visible à DUV. Mais tout d’abord, nos nanohélices de C-dots seront d’abord conçues pour produire une activité optique accordable géante. Les propriétés chiroptiques telles que le dichroïsme circulaire (CD), luminescence à polarisation circulaire (CPL) induits, et l’ellipsométrie seront comparées. Pour étendre ces propriétés optiques, nous incorporerons des hétéroatomes ou des molécules aromatiques à l’intérieur de l’architecture supramoléculaire lors de la synthèse. In fine, ces structures dense de C-dots seront également des milieux de génération harmoniques chirales d’ordre élevé, qui permet de réaliser une spectroscopie hautement non-perturbative d’optique non-linéaire construite sur les propriétés optochirales cohérentes de ces nanostructures. Au-delà de ces premiers livrables tangibles, nous viserons également des objectifs à fort impact tels que comment coupler le spin et le moment angulaire orbital de la lumière via ces nanostructures. En effet, l’angle d’émission, l’intensité, les fronts d’onde torsadés et les moments angulaires de spin de l’émission cohérente UV dépendront considérablement de la symétrie globale, de l’ordre non local et de la densité des C-dots organisés en hélice. Afin de voir l’émergence de la cohérence à l’échelle mésoscopique et ses effets possibles d’exaltation, nous tenterons d’organiser les hélices les unes par rapport aux autres dans deux géométries différentes par rapport à l’axe de propagation de la lumière. Finalement notre large éventail de caractérisations optiques (6 diagnostics) allant de l’objet unique dans une hélice, à des hélices orientées aléatoirement les unes par rapport aux autres, ou encore dans une organisation 2D à 3D sera propice pour établir comment les propriétés microscopiques sont étendues à l’échelle macroscopique.
COORDINATION DU PROJET
Reiko ODA (INSTITUT DE CHIMIE ET DE BIOLOGIE DES MEMBRANES ET DES NANOOBJETS)
PARTENAIRES
ISM Institut des Sciences Moléculaires
CELIA Centre Lasers Intenses et Applications
LCP-A2MC Laboratoire de Chimie et Physique – Approche Multi-Echelle des Milieux Complexes
CBMN Institut de Chimie et de Biologie des Membranes et des Naboobjets
Aide de l’ANR 449 488 euros
Début et durée du projet scientifique : décembre 2021 – 48 Mois
Contact : Yann BATTIE