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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
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Autres débouchés et applications des molécules-aimants
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7. Molécules-aimants sur surfaces
Toutes les études préalablement citées concernent des molécules-aimants sous forme cristalline ou polycristalline, c’est-à-dire environnées de molécules voisines et organisées régulièrement au sein d’un cristal. Afin de pouvoir utiliser ces molécules dans des dispositifs, il est nécessaire de les déposer sur une surface et si possible de les y organiser .
Cela requiert des compétences en physicochimie des surfaces, afin d’identifier les surfaces adéquates et de maîtriser les techniques de dépôt et d’auto-organisation de molécules sur surfaces. Les premiers essais ont naturellement été entrepris sur le Mn12, mais il est rapidement paru clair que cette molécule, bien qu’iconique, n’était pas adaptée au dépôt sur surface. En effet, quelles que soient les conditions de dépôt utilisées, cette molécule se décompose lors des processus d’ancrage sur surface.
Les chimistes se sont alors tournés vers une autre molécule nommée Fe4 (de formule [Fe4(L)2(DPM)6] où H3L = 7-acetylthio)-2,2-bis(hydroxyméthyl)heptan-1-ol et HDPM = dipivaloylméthane) qui est un tetranucléaire de Fe(II). Cette molécule possède en outre une remarquable versatilité chimique permettant la substitution d’une partie de ses ligands apicaux par des chaînes alkyles soufrées ayant une affinité particulière pour les surfaces d’or (figure 11). En 2009, à l’aide de mesures magnétiques entreprises en synchrotron (dichroïsme magnétique circulaire des rayons X, XMCD) il a été possible de démontrer qu’une molécule-aimant isolée sur surface conserve ses propriétés magnétiques ...
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Molécules-aimants sur surfaces
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).
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(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/
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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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