Absorbeurs multiphotoniques à coeur isocyanurate : vers des portes optiques pilotées par la lumière – IsoGate

La première partie du projet sera consacrée à la comparaison des propriétés ONL de divers systèmes modèles, soit en tant que molécules en solution, soit dispersées dans des hôtes transparents, afin d'identifier les relations structure-propriété pertinentes permettant d'effectuer une commutation efficace dans une plage spectrale choisie. Des complexes alcynyle de Pt(II) ou tris-phénanthroline de Ru(II) seront utilisés comme unités périphériques dans les molécules ciblées. Ces unités devraient favoriser l’absorption à l’état excité, suite au croisement inter-système vers des états excités triplets à longue durée de vie et fortement absorbants. Les calculs DFT seront abondamment utilisés pour comprendre l'influence des paramètres moléculaires sur ces états excités qui permettent de contrôler le phénomène d’ASI. Si une combinaison appropriée des processus 2PA et ASI peut être trouvée, la commutation (ultra) rapide de la lumière induite par le coeur isocyanurate devrait prendre effet efficacement à des longueurs d'onde bien définies. Notre compréhension de la manière dont les groupes terminaux organométalliques affectent les propriétés optiques de ces absorbeurs non linéaires devrait donc profiter de manière significative à la suite du projet. Une fois correctement optimisés et dispersés dans des hôtes transparents, ces chromophores non linéaires ouvriront l'accès à un grand nombre de portes optiques adaptées à des besoins spécifiques.

A ce jour nos travaux synthétiques, appuyés par des calculs théoriques (DFT), nous ont permis d’identifier un cœur isocyanurate qui semble présenter des propriétés optimales d’absorption à deux photons (A2P) et qui peut être aisément fonctionnalisé pour incorporer des unités inorganiques de Pt(II) ou de Ru(II) en périphérie, comme prévu dans le projet. Par ailleurs, les premiers dérivés trinucléaires bis-alcynyles de Pt(II) contenant cet espaceur optimal ont également pu être isolés et caractérisés. Les mesures préliminaires de limitation optique effectuée à Canberra (ANU) sur ces nouveaux dérivés organométalliques confirment qu’ils se comportent comme des limiteurs optiques. Par ailleurs, nous avons constaté que de tels dérivés peuvent facilement être incorporés à des matrices translucides telles le PMMA. A terme, ils devraient donc pouvoir donner lieu aux portes optiques visées dans le projet. Nos travaux se poursuivent afin d’évaluer au mieux leurs performances en limitation optique et de caractériser finement leurs propriétés d’absorption non linéaires, de manière à pouvoir sélectionner les molécules actives les plus à même de donner lieu à des commutateurs optiques efficaces et ultra-rapides.

Indépendamment de l’enjeu majeur que représente le développement de matériaux performants pour la commutation « tout-optique » au terme du projet, un résultat pratique quasi-assuré de ce projet concerne la conception de nouveaux limiteurs optiques (à large bande) pour les gammes spectrale visible et/ou proche IR. Cet objectif pourra être atteint en combinant judicieusement ASI et 2PA dans une gamme de longueurs d'onde bien choisie, avec des précurseurs moléculaires convenablement sélectionnés, modifiés de façon synthétique pour présenter des propriétés photoniques optimales une fois dispersés dans une matrice transparente. Leurs performances de limitation en puissance optique devraient dépasser celles des limiteurs optiques existants. Ainsi, à côté de son objectif fondamental visant à déterminer le potentiel de dérivés isocyanurates inorganiques pour la commutation tout-optique, un résultat assuré de ce projet sera de concevoir de nouvelles familles de limiteurs optiques polyvalents pour le visible ou le proche IR. C’est là un objectif important, considérant que la protection des personnes (ou équipements) contre l'agression laser constitue un problème sociétal croissant dans nos sociétés actuelles, hautement technologiques.

1. A. Triadon, A. Ngo Ndimba, N. Richy, A. Amar, A. Boucekkine, T. Roisnel, M. P. Cifuentes, M. G. Humphrey, M. Blanchard-Desce, O. Mongin, F. Paul, New J. Chem. 2018, 42, 11289.

Dans le domaine du traitement des données, la réalisation de portes optiques ultra-miniaturisables nécessite le développement de nouveaux matériaux moléculaires. À cette fin, notre objectif est de concevoir de nouvelles molécules pour une commutation «tout optique» contrôlée par l’absorption multiphotonique. Le défi consiste à concevoir des systèmes qui maintiennent la transparence optique dans des conditions de luminosité ambiante pour une gamme spectrale donnée, tout en devenant très rapidement opaques sous intensification de l'irradiation. Les matériaux résultants doivent être efficaces sur une plage temporelle donnée en fonction de la durée d'impulsion du faisceau de « pompage » qui commande le processus. Nous avons donc l'intention d'étudier diverses séries d'absorbeurs multiphotoniques présentant un coeur isocyanurate et des branches périphériques incorporant des centres inorganiques Pt(II) et Ru(II). Ce type d'architecture moléculaire sera synthétiquement polyvalent, tout en présentant simultanément une absorption à deux photons (2PA) et une absorption saturable inverse (ASI). En raison de sa structure modulaire, une commutation optique efficace dans une gamme de longueurs d'onde donnée devrait être réalisable. En outre, la réponse ONL de chaque partie à l'origine du processus de commutation optique devrait bénéficier de la symétrie octupolaire du système.
La première partie du projet sera consacrée à la comparaison des propriétés ONL de divers systèmes modèles, soit en tant que molécules en solution, soit dispersées dans des hôtes transparents, afin d'identifier les relations structure-propriété pertinentes permettant d'effectuer une commutation efficace dans une plage spectrale choisie. Les complexes alcynyle de Pt(II) ou tris-phénanthroline de Ru(II), utilisés comme unités périphériques dans les molécules ciblées, devraient favoriser le croisement inter-système singulet-triplet vers des états excités à longue durée de vie et fortement absorbants. Les calculs DFT seront abondamment utilisés pour comprendre l'influence des paramètres moléculaires sur ces états excités qui permettent de contrôler le phénomène d’ASI. Si une combinaison appropriée des processus 2PA et ASI peut être trouvée, la commutation (ultra) rapide de la lumière induite par le coeur isocyanurate devrait prendre effet efficacement à des longueurs d'onde bien définies. Notre compréhension de la manière dont les groupes terminaux organométalliques affectent les propriétés optiques de ces absorbeurs non linéaires devrait donc profiter de manière significative à la suite du projet. Une fois correctement optimisés et dispersés dans des hôtes transparents, ces chromophores non linéaires ouvriront l'accès à une foule de portes optiques adaptées à des besoins spécifiques.
Indépendamment du développement réel de matériaux performants pour la commutation « tout-optique » au terme du projet, un résultat pratique quasi-assuré de ce projet concerne la conception de nouveaux limiteurs optiques (à large bande) pour les gammes spectrale visible et/ou proche IR. Là encore, cet objectif sera atteint en combinant judicieusement ASI et 2PA dans une gamme de longueurs d'onde bien choisie, avec des précurseurs moléculaires convenablement sélectionnés, modifiés de façon synthétique pour présenter des propriétés photoniques optimales une fois dispersés dans une matrice transparente. Leurs performances de limitation en puissance optique devraient dépasser celles des limiteurs optiques existants. Ainsi, à côté de son objectif fondamental visant à déterminer le potentiel de dérivés isocyanurates inorganiques pour la commutation tout-optique, un résultat assuré de ce projet sera de concevoir de nouvelles familles de limiteurs optiques polyvalents pour le visible ou le proche IR. C’est là un objectif important, considérant que la protection des personnes (ou équipements) contre l'agression laser constitue un problème sociétal croissant dans nos sociétés hautement technologiques.