Stage de niveau M2 dans l'équipe DIRAM
Dans les molécules aromatiques, le remplacement de deux atomes de carbone par un atome de bore et un atome d’azote conduit à une molécule avec un nombre identique d’électrons et une structure similaire (on parle d’isostères CC/BN). En revanche, les propriétés optiques et électroniques se trouvent fortement modifiées [1] par l’apparition d’un moment dipolaire non nul, ce qui rend ce type de composés très intéressants pour les applications dans les matériaux semiconducteurs organiques. Il a par exemple été suggéré que les isostères BN des hydrocarbures polycycliques aromatiques pourraient faciliter la fission de singulet, un processus supposé augmenter l’efficacité des cellules photovoltaïques.
La spectroscopie et la photophysique des hydrocarbures aromatiques est étudiée depuis de nombreuses années, mais très peu de littérature existe sur leurs isostères BN dont la synthèse n’a été développée que récemment [2]. Dans ce stage, nous proposons d’étudier la photochimie, la photophysique et la dynamique de photodissociation d’isostères BN d’hydrocarbures aromatiques, tels que la di-tert-butyl-1,4-azaborine, en phase gazeuse. Les échantillons d’azaborine, synthétisés par des collaborateurs de l’université de Würzburg (Allemagne), seront vaporisés par chauffage et photoexcités par une impulsion laser femtoseconde dans l’UV. La di-tert-butyl-1,4-azaborine présente une large bande d’absorption autour de 260 nm que des calculs de chimie quantique attribuent à une transition S0 -> S2. La dynamique de relaxation de cet état sera sondée par spectroscopie de photo-ionisation résolue en temps utilisant la technique pompe-sonde [3]. L’impulsion laser de sonde sera à 400 nm, à 800 nm ou bien 62 nm (20 eV) produite par génération d’harmoniques d’ordre élevé. La spectroscopie de photo-ionisation est une méthode idéale pour sonder les dynamiques de relaxation ultra-rapides d’états excités, car l’ionisation d’états transitoires ou finaux d’énergies différentes produit des photoélectrons d’énergies cinétiques distinctes. De plus, aucune transition n’est interdite par des règles de sélection. Ainsi, la dynamique de relaxation complète de l’azaborine après excitation dans l’UV pourra être observée pour la première fois, aux échelles de temps femtoseconde et picoseconde.
Cette étude se situe dans le cadre plus large d’un projet collaboratif Franco-Allemand (ANR-DFG) visant à élucider les dynamiques photo-induites dans les petites molécules aromatiques grâce à la spectroscopie de photo-ionisation. Le stage pourra être suivi d’une thèse en cotutelle avec l’Université de Würzburg (financement acquis).
[1] F. Sturm et al., Phys. Chem. Chem. Phys. 26, 7363-7370 (2024).
[2] H. Braunschweig et al., Angew. Chem. Int. Ed. 51, 10034 –10037 (2012).
[3] J.-M. Mestdagh, L. Barreau, L. Poisson, Phys. Chem. Chem. Phys. 26, 11516-11530 (2024)
Contact: Lionel Poisson