Minuscule bande de Möbius fabriquée à partir de blocs de construction de nanotubes de carbone

Nous avons toujours été capables de fabriquer des bandes de Möbius en papier, mais il est désormais possible de créer des versions minuscules de ces objets géométriques inhabituels en utilisant les blocs de construction moléculaires d’un nanotube de carbone.

Chimie


19 mai 2022

Images simulées des bandes de Möbius en nanotubes de carbone

Segawa et al.

Une courte section de nanotube de carbone construit à partir de zéro forme une minuscule bande de Möbius – une surface unilatérale qui résulte d’une bande avec une torsion.

Vous imagineriez que vous pourriez simplement trancher un nanotube de carbone pour obtenir une bande. Mais les tubes sont difficiles à manipuler car ils sont si petits. Ils ne peuvent pas être coupés en bandes cylindriques – que les chimistes appellent des nanoceintures de carbone – comme un tube de papier pourrait être dû aux puissantes forces intramoléculaires à l’échelle nanométrique.

Il existe cependant une façon de fabriquer une nanoceinture de carbone. En 2017, Yasutomo Segawa de l’Institut des sciences moléculaires d’Okazaki, au Japon, et ses collègues ont montré qu’ils pouvaient être assemblés pièce par pièce à partir d’une collection d’unités moléculaires plus petites grâce à une série de réactions chimiques.

Maintenant, Segawa et son équipe sont allés plus loin et ont créé une nanoceinture de carbone en forme de bande de Möbius. Pour la construire, ils ont modifié le processus chimique de construction de leurs nanoceintures de carbone – au lieu d’utiliser un nombre pair d’unités répétitives pour former la ceinture, ils ont utilisé un nombre impair.

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« Le but ultime de la chimie organique est de créer toutes les structures moléculaires possibles », explique Segawa. « Notre réalisation est un grand pas vers cet objectif. »

Après avoir effectué les réactions chimiques modifiées, Segawa et son équipe ont confirmé que la structure résultante était bien une bande de Möbius en utilisant la spectroscopie à haute résolution.

Bien qu’une utilisation immédiate de la bande de carbone de Möbius ne soit pas apparente, la finesse requise pour la créer pourrait se prêter à d’autres défis en nano-ingénierie et en chimie, explique Nicole Grobert de l’Université d’Oxford.

« L’application précise de cette bande de Möbius n’est peut-être pas évidente, même pour les chercheurs qui l’ont étudiée, mais s’ils peuvent étendre leur chimie magique à des systèmes plus grands et obtenir le contrôle ultime de systèmes de carbone plus grands, alors vous pouvez commencer à penser sur la mise à l’échelle et la mise à l’échelle des techniques de chimie humide », explique Grobert.

Référence de la revue : Synthèse naturelleDOI : 10.1038 / s44160-022-00075-8

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