Quand les cristaux liquides jouent les caméléons moléculaires

Les cristaux liquides, véritables caméléons de la matière, captent l’attention des chercheurs. Leur double nature, à la fois liquide et ordonnée, laisse entrevoir un potentiel technologique considérable. Une équipe de scientifiques vient de publier dans « Nature Chemistry » des travaux ouvrant de nouvelles voies d’application, notamment pour l’optique et les écrans de demain.

Des chercheurs de l’Université de Dartmouth et de l’Université méthodiste du Sud ont mis au point un interrupteur moléculaire synthétique capable de modifier la forme des cristaux liquides. Cette innovation permet aux cristaux de réfléchir différentes couleurs uniquement grâce à la lumière naturelle. Les applications potentielles de cette technologie sont nombreuses et variées.

Parmi les possibilités envisagées, on peut citer :

– Des lasers à cristaux liquides
– Des écrans d’affichage facilement imprimables et effaçables
– Des étiquettes microscopiques pour lutter contre la contrefaçon des billets de banque

«En augmentant ou en diminuant le pas de la structure hélicoïdale, nous pouvons contrôler la couleur qu’elle réfléchit. Imaginez que vous jouez de l’accordéon. Au lieu de comprimer et d’étendre l’instrument pour contrôler le ton que vous entendez, nous utilisons la lumière pour contrôler le pas et la couleur que vous voyez» a précisé le professeur Ivan Aprahamian, du département de chimie de l’Université de Dartmouth.

Un mécanisme innovant basé sur la chiralité

L’interrupteur moléculaire développé par l’équipe de recherche est composé de triptycène, une molécule organique, et dhydrazones, des composés capables de s’activer et de se désactiver sous l’effet de la lumière. La particularité de cet interrupteur réside dans sa capacité à rendre le triptycène chiral, c’est-à-dire à lui conférer une asymétrie moléculaire.

Lorsque le triptycène chiral interagit avec une molécule de cristal liquide, il déclenche une réaction en chaîne. Les molécules de cristal liquide s’alignent alors pour former des hélices similaires à l’ADN. Cette structure hélicoïdale permet aux cristaux liquides de réfléchir la lumière ambiante à différentes longueurs d’onde, en fonction de leur pas (l’espacement entre les spires de l’hélice).

Pour démontrer le potentiel de leur découverte, les chercheurs ont reproduit avec précision deux célèbres tableaux : «Le Cri» d’Edvard Munch et « La Nuit étoilée » de Van Gogh. Leurs reproductions ont été réalisées dans le laboratoire d’Alexander Lippert à l’Université méthodiste du Sud, à l’aide d’un microscope transformé en mini-projecteur de diapositives.

Le processus de création de ces images s’apparente à la sérigraphie multicolore. Les chercheurs ont projeté de la lumière à travers une série de pochoirs sur un écran improvisé composé de cristaux liquides dopés au triptycène chiral. Les couleurs ont été ajoutées une par une en exposant différentes parties de l’écran à la lumière pendant des durées variables.

Alexander Lippert, co-auteur de l’étude et professeur associé à l’Université méthodiste du Sud, a expliqué : «Une fois le motif peint, il peut rester en place pendant des jours. Vous pouvez également l’effacer et revenir à une toile vierge.»

Perspectives d’avenir pour les cristaux liquides

Cette étude marque une étape importante dans le domaine des cristaux liquides. Pour la première fois, un dopant commutable est capable de réfléchir la couleur visible à partir d’un cristal liquide. De plus, c’est également la première fois qu’une image multicolore stable et durable est projetée sur un écran à cristaux liquides en utilisant un dopant pouvant être activé et désactivé.

Indu Bala, premier auteur de l’étude et professeur assistant à l’Institut indien de technologie de Mandi, a souligné l’importance de ces résultats : «Nous pouvons maintenant nous appuyer sur ces connaissances pour créer de meilleurs dopants pour cristaux liquides.» Cette déclaration met en lumière les possibilités futures de recherche et développement dans ce domaine.

Les chercheurs espèrent que leurs travaux contribueront à développer de nouvelles applications pour les cristaux liquides dans divers domaines technologiques. L’étude détaillée des mécanismes moléculaires en jeu permettra aux scientifiques de poursuivre leurs investigations et d’explorer de nouvelles possibilités pour ces matériaux fascinants.

Légende illustration : Les chercheurs ont reproduit Le cri d’Edvard Munch sur un écran composé de cristaux liquides contrôlés par un commutateur moléculaire chiral pour refléter la lumière en différentes couleurs.

Article : « Multi-stage and multi-colour liquid crystal reflections using a chiral triptycene photoswitchable dopant » – DOI: s41557-024-01648-0