Photochromes : Dynamique électronique de la molécule isolée ou liée à un environnement moléculaire strictement contrôlé. – CHROMADYNE

Les molécules photochromes sont considérées comme l'une de briques possibles de l?ère post-silicium en opto-électronique, un défi majeur pour l'horizon 2020. Les molécules photochromes ont la spécificité d'être stables sous deux structures isomères, le spectre d'absorption de chacun, ne se chevauchant pas dans une large gamme spectrale. En outre, ces molécules peuvent passer d'un isomère à l'autre, après interaction avec un photon au maximum de son absorption, ou par une voie thermique. Cette propriété intrinsèque aux molécules photochromes a son origine dans la structure électronique des deux formes isomères: la délocalisation des électrons est très différente dans les deux isomères. En effet, l'un des isomères possède généralement un nuage électronique délocalisé et absorbe la lumière visible, tandis que l?autre ne possède aucune délocalisation complète sur son squelette. Dans ce cas, le nuage d'électrons est partagé entre deux domaines qui sont mal connectés, ce qui repousse l'absorption dans la gamme UV. Ainsi, cette propriété fait des molécules photochromes de très bons candidats pour une utilisation comme mémoires optiques ou interrupteurs électro-optiques. Pour cet usage, les molécules photochromes doivent être couplées à des systèmes macroscopiques à travers une série d'adaptateurs, ceux-ci d?échelle nanométrique, tels qu?une autre molécule ou un nano-objet. L'objectif de ce projet est de fournir des informations conceptuelles et semi-quantitatives sur le couplage entre les molécules photochromes et plusieurs environnements (phase gazeuse, déposé sur agrégat de gaz rares, solvaté avec un certain nombre de molécules, l'interagissant avec une nanoparticule) pour une utilisation directe par les concepteurs de dispositifs d'électro-optique. Ce projet porte sur la caractérisation complète de la dynamique de la structure électronique et la réactivité de certaines molécules photochromes dans les différents environnements qui ont été mentionnés précédemment. Une approche concertée implique un couplage entre expériences de spectroscopie et de dynamiques complétées par des calculs de dynamique moléculaire et des calculs de TD-DFT. Nous allons nous concentrer sur les 3 principales classes de réactions, qui sont impliquées dans le mécanisme des Spiropyranes, Diarylethane et des Anyls. Ces trois classes de molécules ont été choisies pour les raisons suivantes: i) les Spiropyranes évoluent par un mécanisme comportant un état zwitterionique, comme l'a constaté en phase gazeuse par notre groupe. Cette molécule est également sensible à l'environnement moléculaire. ii) Les Diarylethenes sont les molécules les plus prometteuse pour l'électro-optique, en raison de leur haute efficacité de conversion couplée à leur rigidité. En effet, le mouvement moléculaire est faible dans le processus d'isomérisation, ce qui lui permet d?être accompli aussi bien dans un cristal, que dans une seule molécule isolée. En outre, les grands nuages électroniques rendent cette molécule sensible à la proximité d'une particule métallique. iii) Les Anyls ont un intérêt fondamental, qui leur vient du transfert d'un atome d?hydrogène, suimilaire à celui de l?Acétylacétone qui a été pleinement étudié dans notre laboratoire. Les solvants protiques peuvent également perturber fortement leur dynamique. Les Anlys sont, de plus, intéressants pour leurs propriétés en optique non linéaire. Ce projet bénéficiera du réseau créé par le GDRI PHENICS pour le développement de collaborations entre la France, le Japon, la Chine et la Russie dans le domaine des molécules photochromes. Ce projet réunit 4 jeunes scientifiques (<36 ans) provenant du même service. Chacun est porteur d?une tâche spécifique avec un objectif commun: une meilleure compréhension de l'interaction entre la lumière - des molécules photochromes - un environnement moléculaire. Ce projet est prévu pour servir de moteur à la construction d'une nouvelle équipe avec comme idée structurante de fournir des concepts fondamentaux en physicochimie moléculaire qui servent directement à des actions de valorisation via des collaborations déjà établies. Créer une équipe nouvelle sur cette base est soutenu par la direction du Laboratoire Francis Perrin.