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RÉSUMÉ
Les molécules-aimants sont des objets obtenus par assemblage d’un ou de plusieurs ions métalliques avec des ligands organiques. Les molécules nanométriques formées sont de taille nanométrique et possèdent ainsi des propriétés magnétiques mais aussi quantiques. Ces objets originellement d’attrait purement fondamental et dont les propriétés étaient confinées à basses températures, montrent désormais des propriétés magnétiques à la température de l’azote liquide. Cet article détaille les récentes avancées dans ce domaine, ainsi que dans les différents champs d’applications connexes où ces molécules peuvent être utilisées (électronique de spin et calcul quantique notamment).
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Single-Molecule-Magnets (SMM) are molecular objects formed by the association of isolated metallic ions with organic ligands. Because of their nanometric scale these molecules depict magnetic behavior but also quantum properties. Indeed, these objects that were mainly of fundamental interest with behavior confined at very low temperature, show now interesting properties in the liquid nitrogen region. This paper describes the recent advances in the field as well as in closely linked investigation fields where SMM have been introduced (spintronic and quantum computing for instance).
Auteur(s)
-
Kevin BERNOT : Maître de conférences, Univ. Rennes, INSA Rennes, CNRS UMR 6226 « Institut des Sciences Chimiques de Rennes » F-35000 Rennes, France
INTRODUCTION
Les aimants moléculaires sont des composés qui, de par leur taille et leur organisation atomique, présentent des propriétés magnétiques non conventionnelles. Ils offrent ainsi de nouvelles perspectives pour la création de matériaux magnétiques à très haute densité de stockage. Leurs propriétés sont aussi utilisées dans de nombreux domaines connexes tels que l’électronique de spin, le calcul quantique et la réfrigération magnétique par exemple.
Contrairement aux aimants massifs, les aimants moléculaires sont par nature des objets obtenus par des techniques de chimie de synthèse en solution : principalement par chimie de coordination, chimie solvothermale et chimie organométallique. Ils sont ainsi très facilement modifiables, manipulables et optimisables, permettant la création de toute une librairie de molécules.
Les aimants moléculaires font partie d’un domaine d’étude plus vaste : le magnétisme moléculaire. Dans le cadre de cet article, nous ne pourrons en détailler tous les objets et principes, et nous nous limiterons volontairement à la notion de molécule-aimant isolée ou Single-Molecule Magnet (SMM).
L’objectif de cet article est de donner à l’ingénieur, sans pour autant prétendre à l’exhaustivité, les notions clés pour appréhender le concept de molécule-aimant et lui permettre d’anticiper une veille technologique sur le sujet. En effet, si l’étude des molécules-aimants reste fondamentale, les spectaculaires avancées depuis 2017 laissent espérer un virage vers le domaine applicatif dans un avenir proche.
Le lecteur trouvera en fin d’article un glossaire et un tableau des sigles utilisés.
Domaine : Matériaux magnétiques, matériaux pour la spintronique, chimie de coordination
Degré de diffusion de la technologie : Émergence
Technologies impliquées : magnétisme, magnétocalorique, électronique de spin (spintronique), calcul quantique
Domaines d’application : Stockage de l’information, ordinateur quantique
Principaux acteurs français :
– Communauté française regroupée au sein du groupement de recherche du CNRS « magnétisme et commutation moléculaires » (GdR MCM2 – http://www.gdr-mcm2.cnrs.fr/)
Autres acteurs dans le monde : Acteurs européens regroupés au sein du programme COST MolSpin de la communauté européenne (European Cooperation in Science and Technology)
(COST MOLSpin – http://www.icmol.es/molspin/stsms.php?menu=mobility)
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KEYWORDS
magnetism | lanthanides | molecular magnetism | quantum effects | transition ions
DOI (Digital Object Identifier)
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Sigles
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11. Glossaire
ions de transitions 3d ; 3d transition ions
Éléments chimiques dont la sous-couche électronique d est incomplète ou dont les cations peuvent avoir une telle sous-couche. Les cations 3d sont donc les ions chargés positivement (de + 1 à + 8) de configuration électronique [Ar]3dn (0 < n < 10) obtenus à partir des éléments de numéro atomique 21 (scandium) à 29 (cuivre) ou 30 (zinc) selon les définitions.
ions lanthanides ; lanthanides ions
Éléments de numéro atomique 57 (lanthane) à 71 (lutecium), au nombre de 15. Leur degrés d’oxydation le plus stable est + III, même si certains d’entre eux peuvent être obtenus aisément aux degrés + II (Sm, Eu, Tm, Yb) ou + IV (Ce, Pr, Tb). On divise communément cette série d’éléments en deux parties : les lanthanides à fort rayon ionique dits « cériques » (du cérium à l’europium) et les lanthanides à faible rayon ioniques dits « yttriques » (du gadolinium au lutécium). Les lanthanides trivalents sont caractérisés par des configurations électroniques de type [Xe]4fn avec 0 < n < 14. Ainsi, les ions lanthanides sont communément appelés ions 4f. On ajoute à cette série les éléments de transition scandium (numéro atomique 21) et yttrium (39) pour former la famille des « terres rares ».
hystérèse magnétique ; magnetic hysteresis
Caractérise un système qui présente une réponse retardée par rapport à la perturbation qu’il subit. L’état du système présente donc une dépendance temporelle (il dépend de son « histoire »). On distingue les hystérèses dépendantes ou indépendantes de la vitesse de la perturbation. Les hystérèses magnétiques sont (théoriquement) dans cette deuxième catégorie. La perturbation est le champ magnétique H appliqué au système et la réponse est l’aimantation résultante M. On distingue plusieurs points caractéristiques dont le point (H = H c ; M = 0) nommé champ coercitif et le point (M = M R ; H = 0) nommé aimantation rémanente.
superparamagnet
En première approximation,...
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Glossaire
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - KAHN (O.) - Molecular magnetism. - Wiley-VCH, Weinheim (1993).
-
(2) - GATTESCHI (D.), BOGANI (L.), CORNIA (A.), MANNINI (M.), SORACE (L.), SESSOLI (R.) - Molecular magnetism, status and perspectives. - Solid State Sci., 10, p. 1701-1709 (2008).
-
(3) - * - Web of Science by Clarivate Analytics (2018).
-
(4) - DEI (A.) - Molecular magnetism : a philosophical perspective from a biased point of view. - Inorg. Chim. Acta, 361, p. 3344-3355 (2008).
-
(5) - BENELLI (C.), GATTESCHI (D.) - Introduction to Molecular magnetism : from transition metals to lanthanides. - Wiley (2015).
-
(6) - FERRANDO-SORIA (J.), VALLEJO (J.), CASTELLANO (M.), MARTÍNEZ-LILLO (J.), PARDO (E.), CANO (J.), CASTRO (I.), LLORET (F.), RUIZ-GARCÍA (R.), JULVE (M.) - Molecular magnetism,...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Communauté française regroupée au sein du groupement de recherche du CNRS « magnétisme et commutation moléculaires » (GdR MCM2) http://www.gdr-mcm2.cnrs.fr/
Acteurs européens regroupés au sein du programme COST MolSpin de la Communauté européenne (European Cooperation in Science and Technology) (COST MOLSpin) http://www.icmol.es/molspin/stsms.php?menu=mobility
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ECMM (European Conference on Molecular Magnetism) : a lieu tous les 2 ans, les années impaires en alternance avec l’ICMM. Prochaine édition : ECMM 2019, 15-18 septembre 2019, Florence, Italie
ICMM (Internationnal Conference on Molecular Magnetism) : a lieu tous les 2 ans, les années paires. Prochaine édition prévue en 2020
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