Vision et recherche individuelle des molécules dans le DIPC
Des chercheurs du Donostia International Physics Center et du Centre de physique des matériaux ont réussi à voir, représenter et analyser des molécules individuellement. Dans deux études on a obtenu des images de molécules uniques en utilisant différentes techniques et en partant de différents points de départ. Ces deux enquêtes ont été publiées récemment dans les revues Nature et Science.
Dans la recherche publiée par le magazine Science on a pu vérifier directement les changements subis par une molécule dans une réaction chimique, c'est-à-dire les processus de rupture et de formation de liens entre les atomes qui la forment. Les chercheurs de l'Université de Californie à Berkeley et de Saint-Sébastien ont mené cette recherche conjointement.
Plus précisément, ils ont adopté des images haute résolution d'un oligo-enediyne (molécule simple formée par trois anneaux de benzène reliés par des atomes de carbone) sur une surface plane d'argent. La technique utilisée a été le microscope de force atomique sans contact (nc-AFM). Ce microscope, avec une aiguille très fine à son extrémité, est capable de détecter même les plus petites bosses à l'échelle atomique, comme on peut lire des mots écrits en braille avec des jaunes des doigts.
Pour détecter les bosses de cette échelle, le microscope se compose d'une seule molécule de monoxyde de carbone (CO) à la pointe de l'aiguille. « L’atome de carbone se lie à la pointe du microscope et l’atome d’oxygène devient capteur », explique Dimas Oteyza, premier auteur de l’article et chercheur de CFM. Il s'agit d'un capteur très approprié parce que « d'un côté il est petit et de l'autre il est inerte, stable, c'est-à-dire que nous pouvons nous rapprocher beaucoup de la molécule en studio sans peur de réagir avec l'atome d'oxygène », a poursuivi Oteyza. L'atome vibre selon ce qu'il a en dessous, et ils ont pu savoir en fonction de la fréquence de vibration si ce qu'il a en dessous est un atome ou si la liaison entre les atomes est covalente, ainsi que le type de liaison covalente, c'est-à-dire si elle est simple, double ou triple.
Oteyza semble «fascinant» de pouvoir voir de première main les molécules, et a souligné qu’elle a été spéciale, entre autres, parce qu’à l’époque d’étudiant elles nous ont toutes dessinées sur le tableau. Car maintenant nous avons pu voir ce que nous avons dessiné ». Face aux chercheurs, il le voit également comme un outil pour mieux comprendre les réactions chimiques et aider à l'identification moléculaire. « C’est un avantage de la capacité de travail moléculaire », affirme-t-il.
La lumière regarde à l'intérieur d'une molécule
L'autre recherche a atteint le plus haut niveau de résolution atteint jusqu'à présent avec la lumière. La direction de la recherche a été dirigée par des chercheurs de l'Université chinoise de science et de technologie (USTC), à laquelle a participé le chercheur de CFM et DIPC Javier Aizpurua.
La combinaison de microscopie à effet tunnel et de spectroscopie Raman a permis de représenter une seule molécule d'échelle inférieure à 1 nm. « Au début, nous n’attendions pas une telle résolution », reconnaît le chercheur du DIPC Javier Aizpurua. En fait, avec la lumière elle-même, en raison de la limite de diffraction, il n'est pas possible de séparer des objets de moins de 200 nm. « La spectroscopie Raman est une technologie très spéciale qui a permis de séparer des objets jusqu'à 10 nm. Nous avons toutefois amélioré ce niveau de résolution à dix reprises.»
Ils ont dû travailler dans des conditions très spéciales pour obtenir une résolution de 1 nm: Le microscope à effet tunnel a été installé dans des conditions de vide ultra-rapides et à basse température, en le combinant avec la grande spectroscopie superficielle Raman. « La somme des deux produit un effet non linéaire dont nous recevons à nouveau un signal en si haute résolution », explique Aizpurua. En bref, la lumière au lieu de frapper directement contre l'objet, frappe contre la pointe du microscope et produit une vibration dans la molécule qui a dessous. Eh bien, en synchronisant cette vibration avec la vibration des électrons extrêmes du microscope, vous pouvez obtenir un signal optique avec une résolution inférieure à un nanomètre.
Ce niveau de résolution n'a été possible qu'à ce jour en utilisant des électrons comme sonde. “Cependant, avec la technique actuelle, en plus de l'image haute résolution, nous pouvons savoir quelles molécules nous représentons. Et c’est que les molécules, en raison de leur structure chimique, vibre d’une manière ou d’une autre », explique Aizpurua.
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