Un groupe de recherche de l'Université de Tokyo a découvert un nouveau principe selon lequel les molécules chirales hélicoïdales acquièrent une rotation grâce à des vibrations moléculaires, leur permettant d'adhérer aux aimants. Jusqu’à présent, on pensait que les molécules chirales ne pouvaient présenter des propriétés magnétiques que lorsqu’un courant électrique était appliqué. Cette découverte bouleverse cette compréhension conventionnelle.
On sait que les molécules chirales, qui ont une structure hélicoïdale, interagissent avec les aimants dans un phénomène connu sous le nom de sélectivité de spin induite par la chiralité (CISS). Par exemple, lorsqu’une molécule chirale est connectée à un aimant et qu’un courant électrique est appliqué, des effets de magnétorésistance peuvent être observés. Il a également été rapporté que des aimants pouvaient être utilisés pour séparer les molécules chirales droites et gauches.
L’explication dominante est que le flux de courant à travers une molécule chirale induit des propriétés magnétiques similaires à celles d’un électro-aimant. Cependant, cette explication a des limites, car elle ne rend pas pleinement compte des effets de magnétorésistance importants ou des phénomènes CISS observés même en l’absence de courant électrique.
Le professeur Shinji Miwa de l'Institut de physique du solide de l'Université de Tokyo, le professeur Tastuhiko Ohto de l'Université de Nagoya et une équipe de recherche collaborative ont développé une cellule électrochimique spécialisée utilisant la technologie spintronique pour cette étude.
En faisant varier l'épaisseur d'un film d'or et en analysant le changement de courant, des changements oscillatoires d'ampleur et de signe ont été observés (fig. 2c). Ces résultats indiquent la présence d'un couplage d'échange intercouche entre les molécules chirales et l'aimant.
Pour comprendre le mécanisme à l’origine du couplage, il est nécessaire de déterminer comment les molécules chirales acquièrent des propriétés magnétiques en l’absence de courant électrique. Les chercheurs ont découvert que le mouvement vibratoire des molécules chirales conduit à l’émergence d’un spin qui dépend uniquement de la chiralité, quelle que soit la direction du champ magnétique. La figure 2d montre les résultats théoriques des calculs des premiers principes.
Cette étude démontre expérimentalement que le phénomène CISS résulte d'un couplage d'échange intercouche. En outre, cela révèle que les molécules chirales peuvent acquérir un spin et présenter des propriétés magnétiques grâce à des vibrations moléculaires, sans avoir besoin d’un courant appliqué. Puisque ce mécanisme ne repose pas sur le courant électrique, il peut se produire universellement dans divers environnements, notamment dans des réactions chimiques et des processus biologiques.
Ces nouvelles connaissances devraient conduire à de futures recherches et applications dans un large éventail de domaines, notamment la chimie et les sciences de la vie.
