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RÉSUMÉ
L’azobenzène est une molécule photochromique qui sous l’action de la lumière passe d’un état initial appelé trans à un état final appelé cis pour revenir à son état initial. Ces deux états de photocommutation moléculaire en font l’une des molécules les plus utilisées pour les nanotechnologies. Cet article montre comment la lumière est considérée comme un signal de commutation externe idéal pour manipuler les assemblages moléculaires pour construire des systèmes et des machines à l’échelle nanométrique. Les développements futurs de ces systèmes photocommutables dans des applications pratiques ainsi que les challenges existants seront aussi présentés et mis en perspective.
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Azobenzene is a photochromic molecule that under the action of light switches from an initial state (trans) to a final state (cis) and back. These two states of molecular photo-commutation make it one of the most widely used molecules in nanotechnology. This article shows how light is considered an ideal external switching signal to manipulate molecular assemblies and build assembled systems and machines at the nanoscale. Future developments of these photo-switchable systems in practical applications, along with the current challenges, are also presented and put into perspective.
Auteur(s)
-
Régis BARILLÉ : Professeur MOLTECH-Anjou, université d’Angers/UMR CNRS 6200, Angers, France
INTRODUCTION
L’azobenzène ou molécule azo est une molécule qui permet une commu-tation réversible de son système moléculaire par une réaction d’isomérisation donnant deux états différents de la molécule ayant les mêmes atomes mais dans un arrangement différent. Une différence remarquable des spectres d’absorption se fait entre les deux états de commutation par absorption d’un photon. Cette molécule qui change de couleur quand on l’éclaire fait, de plus, partie de la famille des molécules photochromiques. Cette commutation moléculaire se fait principalement en utilisant la lumière comme stimulus mais peut aussi s’activer au niveau de la molécule seule par le courant d’électrons d’une pointe d’un microscope à effet tunnel.
En utilisant les caractéristiques photocommutables particulières de l’azobenzène, une variété de systèmes fonctionnels peut être synthétisée utilisant différents matériaux, des cristaux liquides aux polymères et aux molécules biologiques. Les applications utilisant cette molécule sont nombreuses à tous les niveaux d’échelle de dimension, comme le stockage de données optiques à haute densité, les commutateurs moléculaires pour des membranes photo-activées, les portes logiques photocommandées, les rubans et les surfaces photoélastiques, les nanoparticules pour des encres photoeffaçables, les systèmes électroniques/optiques, les surfaces d’imagerie bio.
Cet article commencera par une brève description de la molécule azobenzène pouvant conduire à des systèmes en solution jusqu’aux matériaux fonctionnels et aux polymères activés par la lumière. Les exemples d’utilisation de cette molécule couvriront aussi bien les domaines de la photonique que la biologie ou l’électronique moléculaire.
Les développements futurs de ces systèmes photocommutables dans des applications pratiques ainsi que les challenges existants seront aussi présentés et mis en perspectives au regard des demandes de miniaturisation et de l’évolution de la nanotechnologie.
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KEYWORDS
nanotechnology | azobenzene | photoswitching | photochromism
DOI (Digital Object Identifier)
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6. L’azobenzène comme photocommutateur moléculaire
6.1 Monocouche d’azobenzène
Les surfaces qui répondent à des stimuli externes, dites « surfaces intelligentes », ont un potentiel considérable pour le contrôle des phénomènes, tels que le mouillage et le démouillage, la (bio)adhérence ou la catalyse. La préparation de ces surfaces fonctionnelles est difficile et nécessite l’interfaçage de composants moléculaires organiques délicats avec le substrat. En général, les surfaces métalliques sont les plus utilisées, d’une part en raison des stratégies bien développées visant à accrocher les molécules à ces surfaces et d’autre part parce que la microscopie à effet tunnel (STM pour Scanning Tunneling Microscope ), qui permet de caractériser les monocouches formées autoassemblées (SAM pour Self-Assembled Monolayers ) de manière détaillée, nécessite un substrat conducteur.
Dans le cas d’une isomérisation induite par la pointe d’un STM, deux mécanismes agissent en fonction de la distance pointe-échantillon. À très courte distance, l’isomérisation procède par effet tunnel résonnant dans la bande de valence. À moyen et même à très grande distance pointe-échantillon, l’isomérisation peut être induite par le champ électrique au voisinage de la pointe. Ce dernier mécanisme permet d’induire une commutation sur de grandes surfaces par effet collectif, sans la nécessité de traiter localement chaque molécule.
Les monocouches autoassemblées sont très utilisées et peuvent créer des surfaces photocommutables. Les monocouches de polymères azobenzène sont facilement préparées à l’interface air/eau, et de nombreux travaux parmi les premiers ont porté sur ces systèmes simples. Dans l’état de monocouche, des changements de forme et l’orientation des molécules peuvent être directement liés aux propriétés du film monocouche telles que l’interface du film ou la pression de surface, donnant une facilité d’interprétation des résultats. Ainsi, les monocouches d’azobenzène sont idéales pour l’étude des déformations macroscopiques en termes de processus au niveau moléculaire.
HAUT DE PAGE6.2 Azopolymères...
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L’azobenzène comme photocommutateur moléculaire
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - MITSCHERLICH (E.) - * - Ann. Pharm., 12, p. 311-314 (1834).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
BARILLÉ (R.). – Brevet CNRS 05517-01_68307 Co-ownershipproposal Wroclaw University of Technology. Procédé de détection de conditions de turbulence utilisant l’interaction d’un faisceau laser avec un film mince photochromique et dispositif mettant en œuvre ledit procédé (2012).
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