Les terres rares sont un composant de nombreux produits de haute technologie en raison de leurs propriétés particulières. Les scientifiques de l'Institut de technologie de Karlsruhe (KIT) travaillent sur de nouvelles possibilités d'utilisation de ces éléments. L'équipe produit des complexes dits "sandwich" avec des terres rares, qui pourraient à l'avenir servir de nouveaux matériaux moléculaires pour des supports de stockage ou des écrans plus puissants. La Fondation allemande pour la recherche (DFG) finance cette étude pionnière à hauteur de 500 000 euros dans le cadre d'un projet de Reinhart Koselleck.
Les complexes sandwich sont des molécules chimiques dont les propriétés sont encore largement inconnues. Les composés sont constitués de deux structures cycliques entre lesquelles un seul atome de métal est "serré". En termes simples, les complexes ressemblent à de minuscules sandwiches. Afin de déterminer si les molécules conviennent comme base innovante pour les futurs matériaux, le professeur Peter Roesky, chef du département des matériaux fonctionnels inorganiques de l'Institut de chimie inorganique (AOC), et son équipe produisent en laboratoire différentes variantes des complexes sandwich. Les scientifiques utilisent différents éléments du groupe des terres rares comme atomes de métal au milieu des composés. Les molécules expérimentales diffèrent également par la nature de leurs structures cycliques. Ainsi, les anneaux sont constitués de carbone et d'une proportion variable d'autres éléments. Les chercheurs expérimentent différentes tailles de bagues. Dans le cadre du projet, la taille et la nature des anneaux doivent être systématiquement modifiées afin de créer un principe structure-effet. "Nous étudions l'influence de la structure des complexes de sandwich sur leurs propriétés physiques", explique Roesky. "Nous étudions en particulier le magnétisme et la luminescence des molécules."
Jusqu'à présent, les terres rares ont généralement été intégrées dans les matériaux à l'état solide utilisés dans les produits de haute technologie. Ces éléments se trouvent, par exemple, dans les lumières LED, les écrans de téléphones portables ou les aimants des éoliennes. Avec la production des composés moléculaires à base de terres rares qu'il envisage, Roesky poursuit une approche qui n'a guère été prise en compte dans les applications jusqu'à présent.
Idéalement, les scientifiques pourraient obtenir des molécules qui se comportent comme de minuscules aimants, entre autres. Ces composés sont également connus sous le nom d'aimants à molécule unique. Un jour, par exemple, ces nouveaux complexes pourraient être utilisés pour produire des supports de stockage avec des capacités de stockage considérablement accrues pour une même taille physique. Roesky et son équipe font également des expériences avec des éléments de terres rares qui sont déjà utilisés dans les matériaux fluorescents. Des complexes en sandwich contenant ces éléments pourraient plus tard être utilisés pour produire des affichages optimisés, par exemple. "Notre projet sert à créer une compréhension de base de ces nouvelles substances", explique Roesky.
Financement spécial pour la recherche à haut risque
Comme les scientifiques sont au tout début d'un nouveau domaine de recherche avec leur projet, le succès n'est pas garanti. Par le biais des projets Reinhart Koselleck, la DFG fournit un financement ciblé pour ces projets à haut risque, donnant ainsi aux chercheurs établis la possibilité de mettre en œuvre des idées innovantes. Sur l'ensemble des sujets, seuls huit d'entre eux ont été financés par un projet de Reinhart Koselleck en Allemagne en 2019. Roesky est le premier scientifique du KIT qui a réussi à obtenir ce soutien financier. Les fonds, qui sont conçus pour une période de cinq ans, peuvent être utilisés librement.
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