Inverser la chiralité d’un matériau : la modifier avec de l’électricité

Des chercheurs de Science Tokyo ont démontré une méthode pour modifier électriquement la chiralité de matériaux hybrides organiques-inorganiques, où des molécules chirales s’adsorbent sur des surfaces inorganiques. En utilisant un transistor à double couche électrique avec un électrolyte chiral, une chiralité spécifique a été imposée à une surface autrement achirale de disulfure de molybdène. Cette méthode réversible permet des états électroniques chiraux ajustables et ouvre de nouvelles possibilités pour les dispositifs spintroniques avancés et le domaine émergent de la « iontronique chirale ».

La chiralité est une propriété géométrique dans laquelle un objet, comme une main gauche et droite, ne peut pas être superposé à son image miroir. Cette orientation donne lieu à des effets physiques uniques, comme le contrôle du spin des électrons et la façon dont les matériaux interagissent avec la lumière. Ces dernières années, les scientifiques ont pu introduire la chiralité dans des matériaux en attachant des molécules chirales à la surface de structures inorganiques autrement non chirales, créant ainsi des matériaux hybrides aux propriétés électroniques chirales. Cependant, une fois cette chiralité établie, elle ne peut généralement pas être modifiée ou inversée par des stimuli externes, ce qui limite son utilisation pratique dans des dispositifs réels.

Désormais, des chercheurs de l’Institute of Science Tokyo (Science Tokyo), au Japon, ont développé une méthode pour manipuler cette chiralité à la demande en utilisant l’électricité. Cette approche, publiée dans le volume 11, numéro 47 de la revue Science Advances le 21 novembre 2025, offre un nouveau moyen d’imprimer la chiralité aux semi-conducteurs sans nécessiter de liaison chimique permanente.

L’équipe de recherche était dirigée par le professeur Kouji Taniguchi, le professeur assistant Po-Jung Huang et le professeur associé Yoshio Ando du département de chimie de l’École des sciences de Science Tokyo, en collaboration avec une équipe dirigée par le professeur associé Toshiya Ideue, la professeure assistante Miuko Tanaka et l’étudiant en master Yukito Nishio de l’Institute for Solid State Physics de l’Université de Tokyo, au Japon.

« Nous démontrons l’introduction artificielle de chiralité dans une surface achirale de disulfure de molybdène (MoS₂) en contrôlant l’adsorption de cations moléculaires énantiopures via un transistor à double couche électrique (EDLT) avec des liquides ioniques chiraux », explique Taniguchi.

Un EDLT est un type de transistor à effet de champ qui utilise un électrolyte pour appliquer des champs électriques extrêmement forts aux surfaces des matériaux, permettant le contrôle de la conductivité électrique. Dans cette étude, les scientifiques ont construit un dispositif EDLT sur un monocristal de MoS₂, un matériau naturellement achiral. Le dispositif incluait des électrodes source et drain pour mesurer le courant, une électrode de grille pour appliquer la tension et un liquide ionique chiral.

Lorsqu’une tension de grille positive était appliquée, des ions positifs chiraux s’accumulaient directement sur la surface de MoS₂, formant une fine couche interfaciale qui altérait l’état électronique du matériau. La chiralité induite a été confirmée par deux phénomènes de transport clés : la sélectivité de spin induite par la chiralité, qui fait référence à la transmission préférentielle d’électrons avec un spin spécifique à travers un système chiral, et l’effet magnétochiral électrique (eMChE), qui est une réponse électrique non réciproque qui n’apparaît que lorsqu’un système est à la fois chiral et exposé à un champ magnétique.

Lorsqu’un liquide ionique avec un ion moléculaire droitier était utilisé, les électrons circulant à travers le MoS₂ montraient une préférence pour une direction de spin. Lorsque la version gauchère était utilisée, la préférence de spin s’inversait. Les chercheurs ont également détecté des signaux eMChE clairs, confirmant la génération d’un état électronique chiral.

L’importance de cette découverte réside dans sa réversibilité et son contrôle. La chiralité de l’interface semi-conductrice pouvait être activée par une tension, et sa « chiralité » était déterminée par le choix du liquide ionique chiral. Cette découverte ouvre la porte à un nouveau domaine de recherche appelé « iontronique chirale », où les dispositifs électroniques et spintroniques pourraient être contrôlés par une chiralité électriquement ajustable.

« Cette caractéristique distinctive devrait déclencher le développement de dispositifs électroniques et spintroniques inexplorés jusqu’ici en tirant parti de fonctionnalités dépendantes de la chiralité et électriquement contrôlables. La chiralité induite par proximité établie dans cette étude pourrait ouvrir la voie à un nouveau domaine de recherche », déclare Taniguchi.

Article : Proximity-induced chirality at the achiral conductive interface by electrical control of enantiopure ion adsorption – Journal : Science Advances – Méthode : Experimental study – DOI : Lien vers l’étude

Source : Institute of Science Tokyo