The adventures of a common chemist in molecular photonics.
25 years ago, POM and NPP were discovered as organic materials for laser frequency doubling

L’auteur, chimiste de formation, décrit les débuts de sa carrière de chercheur qui l’amenèrent à se spécialiser en photonique moléculaire : Collège de France où il côtoya Jean Jacques, puis Université d’Orsay où il participa aux travaux sur la synthèse asymétrique photochimique d’hélicènes par la lumière circulairement polarisée, sous la direction d’Henri Kagan. De là est né un intérêt pour les matériaux et molécules à structure hélicoïdale et leur possible rôle en optique non-linéaire (ONL). Un stage post-doctoral au sein des laboratoires du Centre National d’Études des Télécommunications l’amène alors à étudier les matériaux organiques ONL. Il s’agissait de rechercher des molécules organiques hyperpolarisables performantes, pouvant conduire notamment à des matériaux doubleurs de fréquence laser par génération de second harmonique. La maîtrise de la non-centrosymétrie dans l’état solide organique, associée à une orientation optimisée des chromophores hyperpolarisables, était dès lors le but des recherches en ingénierie cristalline. Cela a abouti à la découverte du POM, dérivé nitré de pyridine-N-oxyde, qui présente la particularité d’avoir un moment dipolaire quasi nul sensé favoriser l’empilement non-centrosymétrique dans le cristal, ce qui fut effectivement le cas. Le POM fut ainsi l’un des premiers matériaux organiques ONL spécifiquement conçu pour le doublement de fréquence laser. Les travaux se sont poursuivis en exploitant la chiralité moléculaire comme inducteur de non-centrosymétrie. Associée à une reconnaissance moléculaire par liaison hydrogène, cela a conduit à la découverte du NPP (N-4-nitrophénylprolinol), matériau doubleur de fréquence bien plus performant que le POM. Le cheminement qui aboutit à l’introduction du groupe hydroxy dans ces molécules ONL est décrit. Découverts il y a 25 ans, POM et NPP ont donné le coup d’envoi à des recherches de plus en plus sophistiquées sur les molécules et matériaux à propriétés photoniques spécifiques, pour lesquelles la collaboration entre chimistes moléculaires et physiciens s’est révélée très féconde.