Des chercheurs japonais ont développé un nouveau système moléculaire qui bascule dynamiquement entre des structures à une, deux et trois dimensions en fonction de l’intensité lumineuse. Cette avancée, publiée dans Chem le 17 novembre 2025, démontre un niveau de contrôle adaptatif sur les assemblages moléculaires sans précédent, offrant un potentiel pour des matériaux avancés qui répondent aux changements environnementaux comme les systèmes vivants.
Le défi des structures moléculaires adaptatives
Créer des matériaux qui existent en dehors de l’équilibre thermodynamique – c’est-à-dire qu’ils ne s’installent pas naturellement dans leur état énergétique le plus bas – est un objectif majeur de la science des matériaux. La plupart des systèmes nécessitent un apport d’énergie constant (comme la chaleur ou la lumière) pour maintenir ces états. Ce qui est rare, c’est un système qui ajuste sa structure en fonction de la quantité d’énergie qu’il reçoit.
Comment fonctionne le nouveau système
L’équipe, dirigée par les professeurs Shiki Yagai (Université de Chiba), Christian Ganser (Instituts nationaux des sciences naturelles) et Masaki Kawano (Institut des sciences de Tokyo), a conçu une molécule qui combine un composant sensible à la lumière (azobenzène) avec un noyau à structure changeante (une mérocyanine à base d’acide barbiturique).
- Lumière ambiante : La molécule forme initialement des nanofibres unidimensionnelles enroulées. Sous une lumière ambiante normale, ceux-ci se réorganisent spontanément en nanofeuilles bidimensionnelles stables.
- Forte lumière UV : Une lumière ultraviolette intense force les nanofeuilles à redevenir des nanofibres linéaires. Cela se produit parce que la lumière déclenche une modification du composant azobenzène, perturbant les liaisons hydrogène qui maintiennent les nanofeuilles ensemble. La microscopie à force atomique à grande vitesse (HS-AFM) montre que cette transformation se produit de manière sélective sur des surfaces cristallines spécifiques où le composant sensible à la lumière est exposé.
- Faible lumière UV : La lumière ultraviolette de faible intensité provoque la décomposition des nanofeuilles plus petites, tandis que les plus grandes se développent verticalement en nanocristaux tridimensionnels. Cela se produit grâce à un processus appelé maturation d’Ostwald, au cours duquel les structures plus petites se dissolvent et se redéposent sur les plus grandes, les faisant croître. HS-AFM a capturé ce processus en temps réel, y compris la formation de nouveaux cristaux et leur croissance sur les structures existantes.
Pourquoi c’est important
Cette recherche démontre qu’il est possible de concevoir des systèmes moléculaires qui adaptent leur structure en fonction des niveaux d’énergie externes. Contrairement à la plupart des matériaux qui nécessitent une énergie constante pour maintenir des états de non-équilibre, ce système réagit aux changements d’apport d’énergie. Cela pourrait conduire à des matériaux qui ajustent dynamiquement leurs propriétés – par exemple en modifiant leur conductivité, leur flexibilité ou leur réactivité – en réponse à la lumière, à la température ou à d’autres facteurs environnementaux.
Ce niveau de contrôle sur les assemblages moléculaires ouvre la possibilité de créer des matériaux « intelligents » qui imitent l’adaptabilité des systèmes biologiques.
