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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)
Contact : [email protected]
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KEYWORDS
magnetism | lanthanides | molecular magnetism | quantum effects | transition ions
DOI (Digital Object Identifier)
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Magnétisme moléculaire : attention aux unités !
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1. Molécules-aimants : un champ d’investigation récent
Le contrôle à l’échelle moléculaire des propriétés magnétiques de la matière est un immense défi pour la communauté scientifique. Il a originellement concerné les chimistes qui s’intéressaient aux propriétés magnétiques des métaux aux degrés d’oxydation non nuls. L’étude de ces complexes ou réseaux contenant des cations métalliques a permis d’ériger les bases de la magnétochimie. Des corrélations magnéto-structurales, c’est-à-dire des relations entre la structure de la matière et ses propriétés magnétiques, ont pu être établies. Très rapidement, les magnétochimistes se sont associés à des physiciens afin de pousser plus loin la compréhension des phénomènes magnétiques complexes et originaux observés au niveau moléculaire. Au début des années 1990, le magnétisme moléculaire a émergé en tant que discipline avec pour signature un environnement où chimistes, physiciens et théoriciens sont parvenus à travailler de concert.
Cette discipline, qui concerne une petite communauté de chercheurs, est cependant extrêmement dynamique et l’on compte à ce jour plus de 8 300 publications scientifiques concernant les Single-Molecule Magnet (SMM) . Beaucoup de travaux paraissent dans des revues de chimie, mais près d’un tiers émargent dans des champs disciplinaires liés à la physique des matériaux. La vitalité de cette discipline peut se mesurer à la croissance quasi linéaire du nombre...
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Molécules-aimants : un champ d’investigation récent
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).
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(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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Entre les deux essais, vous pouvez consulter l’article et réutiliser les quiz d'entraînement pour progresser. L’attestation vous est délivrée pour un score minimum de 70 %.
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