Super- atomes à base de cristaux liquides – LC-SUPERATOMS

Le but de ce projet est de développer un procédé de production de particules colloïdales capables d'imiter les interactions atomiques, puis d'utiliser ces "super-atomes" pour produire des architectures colloïdales complexes.

Pour induire la directionnalité des interactions atomiques, nous utiliserons des coques de cristaux liquides. Celles ci offrent en effet un moyen élégant pour imposer des sites d'interaction bien définis sur une sphère. Quand un cristal liquide est confiné dans une enveloppe sphérique, un ensemble de défauts topologiques positionnés symétriquement apparaît spontanément dans des sites spécifiques de la sphère, en raison de frustrations géométriques dans l'ordre liquide cristallin. Ces défauts topologiques ne sont pas seulement des concepts mathématiques, mais aussi des entités physiques ayant des propriétés différentes de celles intrinsèque du matériau dans lequel ils apparaissent. En particulier, ces défauts sont des lieux de haute énergie capable de piéger des nano-billes de silice. Une fois fonctionnalisées, par exemple par des ligands, celles-ci peuvent agir comme des éléments attractifs capables d'induire des interactions directionnelles entre les coques colloïdales. Un certain nombre de structures de défauts différents ont déjà été observées, notamment les symétries sp, sp2 et sp3 d'atomes de carbone, révélant un terrain de jeu prometteur pour la formation de super réseaux colloïdaux. En outre, nous avons démontré la possibilité de modifier la position des défauts en jouant sur la géométrie de la coque ou les constantes élastiques du cristal liquide. Les propriétés uniques de ce nouveau type d'objet va nous permettre de produire des super atomes artificiels ayant une valence qui peut être réglées à volonté.
 
Le projet sera réalisé en plusieurs étapes. Tout d'abord, nous allons fabriquer ces coques de cristaux liquides avec les techniques micro-fluidiques existante au laboratoire, et fonctionnaliser leurs défauts avec des brins d'ADN, qui agiront comme un agent de liaison entre les particules. Ces atomes artificiels seront employés, ensuite, comme blocs de construction pour fabriquer des molécules colloïdales, les polymères, les cristallites, etc Dans la dernière étape du projet, nous étudierons l'auto-assemblage à grande échelle des coques fonctionnalisés et leur potentiel de développement technologique.

Cette recherche nécessite une approche multidisciplinaire combinant l'ingénierie des briques élémentaires à l'échelle mésoscopique avec une compréhension physique de leur comportement collectif à l'échelle macroscopique. Plus précisément, il requiert une expertise en micro-fluidique, dans les cristaux liquides, la fonctionnalisation de défaut et l'auto-assemblage. Cette expertise est entièrement couverte par les chercheurs participant au projet: Teresa Lopez-Leon a mis en place la technique de fabrication des coques de cristaux liquides et a étudié les défauts topologiques durant ses post-docs, Mathilde Reyssat est une expert dans les techniques de pointe microfluidiques, et Olivier Dauchot est reconnu internationalement pour ses études sur les comportements collectifs et la physique statistique expérimentale. Cette approche multidisciplinaire est la clé de la réussite de notre projet.

Cet ambitieux projet sera soumis à l'ERC pour l'obtention d'un financement Starting Grant. Notre intention est d'obtenir de l'ANR une subvention dans le cadre du programme JCJC, qui nous permettent de jeter les bases de notre proposition ERC. Nous sommes confiants dans notre capacité d'attirer un bon thésard avec son propre financement ainsi que des étudiants en master. Cependant, nous devons acheter de l'équipement et embaucher un chercheur post-doc qui sera chargé des tâches les plus techniques du projet. La recherche multidisciplinaire proposée dans ce projet et l'environnement de haut niveau, dont il bénéficie, garantira un développement de haute qualité scientifique à nos étudiants.