Une équipe de recherche russe propose une nouvelle méthode pour étudier la morphologie des cristaux flexibles

Les experts du Centre de collaboration de la source de photons synchrotron sibérienne et de l'Institut de chimie du solide et de mécanochimie de la branche sibérienne de l'Académie des sciences de Russie ont proposé une méthode intégrée pour étudier la morphologie des cristaux organiques flexibles. Cette méthode combine des algorithmes de calcul, des techniques de microscopie de laboratoire et des études expérimentales de diffraction, permettant de déterminer plus fiablement la géométrie cristalline et l'arrangement des faces cristallines. Les résultats ont été publiés dans le Journal of Applied Crystallography.

Les cristaux flexibles constituent une classe relativement rare de cristaux organiques capables de se plier sous une contrainte mécanique minime tout en préservant l'intégrité du réseau cristallin. Selon les chercheurs, parmi les composés dont la structure cristalline a été déterminée, la proportion présentant cette propriété est inférieure à 0,01 %. L'arrangement moléculaire de ces matériaux leur confère à la fois une résistance à la fracture et une capacité de flexion sous contrainte externe, ce qui les rend prometteurs pour le développement de capteurs ultrasensibles, de robots mous, de médicaments et d'autres matériaux flexibles et durables, ainsi que pour des applications dans les domaines de l'électronique, de l'optique, de la science des matériaux et de la pharmacie.

Cependant, le passage des cristaux flexibles du laboratoire aux applications technologiques se heurte encore à des défis fondamentaux. Lors de la conception de tels matériaux, les chercheurs doivent connaître avec précision leur structure tridimensionnelle, l'arrangement des faces cristallines et les faces susceptibles de se plier ; sans cela, il est difficile de prédire la capacité de déformation extrême des cristaux de composés. Les mesures correspondantes nécessitent généralement des analyses de diffraction des rayons X réalisées à l'aide de diffractomètres de laboratoire ou de sources de rayonnement synchrotron.

Denis Alexandrovitch Rychkov, participant à l'étude, a indiqué que les chercheurs ont besoin d'un grand nombre de données d'échantillons pour déterminer si les cristaux se plient et le long de quelles faces cristallines. Ce n'est qu'à partir de ces données qu'il est possible d'établir des modèles prédictifs et de concevoir ensuite de nouveaux cristaux présentant des propriétés spécifiques de déformation plastique ou élastique. Jusqu'à présent, en raison de la facilité de déformation des cristaux flexibles eux-mêmes et de la complexité de leurs caractéristiques de croissance, les chercheurs rencontraient souvent des difficultés pour déterminer avec précision les faces cristallines sur les diffractomètres de laboratoire, et les différentes équipes manquaient également de méthodes de mesure unifiées.

La méthode intégrée proposée ici repose essentiellement sur la collecte maximale de données indirectes telles que la morphologie cristalline, l'arrangement des faces cristallines et les angles d'interface. L'équipe de recherche a combiné la prédiction computationnelle de la morphologie cristalline, la mesure de haute précision des angles d'interface par microscopie optique ou électronique à balayage, l'analyse de la structure cristalline, ainsi que des méthodes de montage et d'orientation des monocristaux, puis a réalisé la détermination morphologique par diffraction des rayons X sur monocristal.

Les chercheurs estiment que cette méthode pourrait établir une norme universelle pour l'étude des cristaux flexibles, faisant passer les travaux connexes d'observations qualitatives et de jugements empiriques à une voie de développement de matériaux prédictive et concevable. Les données correspondantes pourraient également être intégrées dans des bases de données, fournissant une source de haute qualité pour l'entraînement d'algorithmes de réseaux neuronaux.

Selon le plan, après le démarrage de la source de photons synchrotron sibérienne, des recherches similaires seront menées sur les stations expérimentales n° 1-2 « Diagnostic structurel » et n° 1-1 « Microfocalisation ». L'utilisation du rayonnement synchrotron devrait améliorer l'efficacité expérimentale, et la puissance de calcul du centre de traitement des données aidera également les chercheurs à analyser des structures cristallines plus complexes actuellement difficiles à traiter en raison des limitations des ressources de calcul. Cette étude bénéficie du soutien du projet n° 23-73-10142 de la Fondation scientifique russe.