Cienciaes.com : Briques nanométriques d’oxydes métalliques. Nous avons parlé avec Laia Vila Nadal.

Si nous prêtons attention à l’image classique d’un chimiste, nous nous retrouverions devant un homme plongé dans son manteau plus ou moins blanc, enfermé dans une pièce pleine d’odeurs indescriptibles, entouré de flacons et de récipients aux formes les plus variées qui contiennent substances étranges et déterminé à mélanger certains composés avec d’autres pour obtenir de nouveaux produits aux propriétés surprenantes.

Désormais, grâce aux ordinateurs, les choses peuvent être très différentes pour un chimiste, comme nous le raconte aujourd’hui notre invité dans Talking with Scientists, Laia Vila Nadalchimie computationnelle et maître de conférences en chimie des oxydes métalliques à l’Université de Glasgow, au Royaume-Uni.

Au début de l’interview, Laia explique ce qu’est la chimie computationnelle et le fait avec un exemple très graphique. Il nous invite à visiter le premier de tous les laboratoires chimiques qui aient jamais existé : la cuisine. Une fois sur place, il se prépare à faire un bon bouillon et, pour ce faire, il rassemble tous les ingrédients : poulet, oignon, eau, sel,… Tout cuisinier expert mettrait le tout sur le feu et, après le temps opportun , obtiendrait le résultat souhaité, après tout, vous connaissez déjà la recette. Mais que se passerait-il si le cuisinier voulait expérimenter de nouvelles formules, il lui faudrait un nombre infini de casseroles et d’ustensiles, d’énormes quantités d’ingrédients et beaucoup de temps pour essayer les différentes idées une à une. Une énorme perte de temps et d’énergie, bien sûr.

Il existe désormais une autre possibilité, facilitée par les nouveaux outils informatiques. Un chef-chimiste expert disposant d’un ordinateur et d’un programme dans lequel sont programmées les réactions de base qui se produisent dans une vraie cuisine lui permettrait de simuler des milliers de combinaisons d’ingrédients et de temps de cuisson pour préparer un bouillon. Ensuite, je sélectionnerais uniquement les mélanges les plus acceptables et rejetterais ceux qui donnent un bouillon trop salé, amer ou insipide. En d’autres termes, cela rendrait le processus beaucoup plus facile et moins coûteux en fournissant un ensemble de combinaisons susceptibles de réussir. Bien sûr, au final, il faut aller en cuisine, c’est inévitable. Tout comme un chimiste informaticien prépare le terrain pour que le chimiste expérimental puisse atteindre les objectifs fixés dans la recherche.

Laia Vila est une chercheuse experte en chimie théorique et en modélisation informatique des groupes d’oxydes métalliques. Dans ses recherches, il utilise des composés oxygénés combinés à des métaux de transition, des métaux qui occupent les colonnes centrales du tableau périodique et ont la capacité de stocker de nombreux électrons dans leurs orbitales. Cette propriété est fantastique pour les applications dans les appareils électroniques qui fonctionnent en stockant des informations. Dans un article publié dans Nature en 2014, un groupe de chercheurs de l’Université de Glasgow en collaboration avec un autre de l’Université Rovira i Vigili de Tarragone dans laquelle il a travaillé Laïa Vila, une nouvelle molécule a été décrite qui, grâce à sa propriété de stockage de charges, pourrait être utilisée pour fabriquer des mémoires flash de taille nanométrique. Une avancée qui promet d’améliorer et de réduire la taille des appareils électroniques utilisés dans les ordinateurs, téléphones portables et autres appareils électroniques. Le composé, formé d’un oxyde de tungstène (tungstène) et de sélénium à l’intérieur, lui permet d’être oxydé ou réduit au niveau moléculaire, c’est-à-dire qu’il peut adopter deux positions « on » et « off » qui lui permettraient d’être utilisé comme bits de mémoire.

Des recherches ultérieures menées par Laia Vilá, au sein du groupe Cronin de l’Université de Glasgow, ont permis d’utiliser des oxydes métalliques pour la conception d’unités qui, comme des briques de taille nanométrique et de forme similaire à un beignet, peuvent être assemblées entre oui, générer des matériaux avec de très petits pores qui pourraient être utilisés, non seulement en électronique, mais aussi en catalyse, dans les capteurs de gaz, etc. Avec ces briques moléculaires, il est possible de fabriquer des structures très robustes et stables, de telle sorte qu’elles aient un comportement similaire à celui apporté par d’autres matériaux, comme les zéolites, actuellement utilisés dans une grande variété d’applications, comme les détergents, les adoucissants, catalyseurs industriels.

La structure créée par les très petites briques organométalliques (MOF), contient des trous régulièrement répétés qui peuvent piéger de nombreux types de solvants liquides ou de molécules de gaz, comme le méthane ou le dioxyde de carbone. En ajustant la taille, la forme et l’uniformité des pores, il sera possible de créer des matériaux perméables dotés de structures techniques. C’est le domaine qui se développe actuellement Laïa Vilapour lequel elle forme une équipe de spécialistes dans différentes disciplines pour élargir le développement de ces complexes organométalliques afin qu’ils soient utiles pour un bon nombre d’applications dans le futur.

je vous invite à écouter Laia Vila Nadalchimie computationnelle et maître de conférences en chimie des oxydes métalliques à l’Université de Glasgow, au Royaume-Uni.

Les références:
Groupe de recherche Laia Vilà-Nadal
Une percée dans la technologie à molécule unique pourrait briser la loi de Moore
Zhan C., Cameron JM, Gabb D., Boyd T., Winter RS, Vila-Nadal L., Mitchell SG, Glatzel S., Breternitz J., Gregory DH, Long DL., Macdonell A., Cronin L., Un cadre inorganique métamorphique qui peut être commuté entre huit états monocristallins2017, Communications Nature, 8, 14185