La spectroscopie de rotation de spin de muon (µSR) a révélé des avancées significatives dans la compréhension des espèces réactives au niveau atomique. Une équipe de recherche dirigée par le professeur associé Shigekazu Ito de l'Institut des Sciences de Tokyo, au Japon, a utilisé cette technique pour explorer la muoniation régiosélective du 12-phosphatetraphène 1 périfluorométhylé. Leurs résultats, publiés en ligne dans Scientific Reports le 7 janvier 2025, montrent comment les muons interagissent avec les champs magnétiques locaux, fournissant des informations sur la structure et la dynamique du matériau.
L'étude démontre que lorsque les muons sont introduits dans le composé contenant du phosphore, ils forment un muonium (Mu), qui réagit ensuite exclusivement avec l'atome de phosphore pour créer un radical muonié stable mais hautement réactif. Ce processus a été surveillé à l'aide de la spectroscopie TF-µSR, qui a confirmé l'efficacité de la réaction même à faibles concentrations.
« En utilisant la spectroscopie µSR, nous avons pu observer en détail le processus de muoniation régiosélective, fournissant des preuves directes de la nature réactive du phosphore dans cette structure », a déclaré Ito. La capacité d'étudier ce radical à de faibles concentrations ouvre de nouvelles voies pour l'investigation des espèces réactives dans divers systèmes moléculaires.
Les calculs de théorie fonctionnelle de la densité (DFT) ont également éclairci la structure électronique et la stabilité du radical muonié, indiquant que sa stabilisation est due à une forme plate et π-délocalisée. Cette stabilisation empêche la formation d'une structure thermodynamiquement préférée, améliorant ainsi sa réactivité.
Notamment, l'étude a identifié des dépendances de température affectant la structure du radical, révélant comment des températures accrues conduisent à une stabilisation. Ces informations pourraient avoir un impact significatif sur les recherches futures sur le comportement et la stabilisation des radicaux.
Les implications de cette recherche s'étendent aux sciences des matériaux et à la biologie, notamment dans le développement de matériaux fonctionnels à spin électronique et de substances régulatrices pour les acides nucléiques. Le processus de muoniation régiosélective améliore la stabilité et la réactivité des radicaux contenant du phosphore, mettant en lumière le potentiel de la spectroscopie µSR pour étudier les espèces réactives au niveau atomique.