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Etude théorique et expérimentale de l'anisotropie magnétique : une approche multi-échelle – TEMAMA

Résumé de soumission

Ce projet concerne l'étude de l'anisotropie magnétique dans les aimants moléculaires. Le contrôle de sa nature et de son amplitude constitue un enjeu crucial pour la communauté scientifique de ce domaine, tant d'un point de vue technologique (stockage d'information, information quantique) que fondamental (effet tunnel, cohérence, interférences quantiques). Le projet rassemble des équipes complémentaires : des expérimentateurs (chimistes et physiciens) en charge de la synthèse et de la caractérisation d'une série cohérente de complexes (mono-, bi- et poly-métalliques) et des chimistes théoriciens qui devront mettre au point une stratégie visant en dernier lieu la simulation des propriétés des aimants et la proposition de nouvelles architectures présentant des températures de blocage supérieures. L'objectif cognitif de cette collaboration est de comprendre les différents facteurs structuraux et électroniques gouvernant l'anisotropie magnétique. Il s'agira de concevoir une approche multi-échelle du problème, tant dans la partie expérimentale que dans la partie théorique. En effet, les aimants moléculaires peuvent a priori être divisés en fragments centrés sur chaque ion métallique. L'énergie d'anisotropie magnétique d'un complexe poly-nucléaire dépend de l'anisotropie de chaque ion métallique et des effets synergiques résultant de leur interaction. La première tâche des expérimentateurs chimistes est la synthèse de complexes tels que l'anisotropie des ions métalliques (gouvernée par des ligands judicieusement choisis) soit transférable depuis l'espèce mononucléaire jusqu'aux polynucléaires, l'objectif ultime étant la construction étape par étape et contrôlée d'aimants moléculaires à partir de briques élémentaires. Les caractérisations (mesures magnétiques et spectroscopie RPE à haut champ, hautes fréquences) permettront de connaître les tenseurs g et D de ces espèces ainsi que les axes propres (étude sur monocristaux). Un premier objectif du projet théorique concerne la mise au point d'un programme de calculs ab initio des couplages spin-orbite et spin-spin. Une confrontation systématique des résultats, relatifs aux complexes mono- et di-nucléaires aux données expérimentales devrait nous permettre de juger des performances de ce programme. En ce qui concerne les complexes poly-nucléaires une approche multi-échelle en deux étapes est nécessaire. Dans un premier temps, un hamiltonien modèle multi-spin impliquant les interactions électroniques déterminantes (tenseurs g et D et intégrales d'échange intersite) sera extrait de calculs ab initio de fragments di-nucléaires (proprement immergés) à l'aide de la théorie des Hamiltoniens effectifs. Pour cela une procédure automatique d'extraction sera mise au point dans le programme POLY-ANISO développé par L. Chibotaru. Les propriétés thermodynamiques et la simulation de spectres RPE seront ensuite déterminées au moyen du hamiltonien multi-spin extrait. La validité de cette procédure sera appréciée par confrontation aux observations expérimentales sur des complexes tétra-nucléaires pour lesquels la résolution exacte du hamiltonien modèle est possible. En ce qui concerne les systèmes de plus grande taille, la méthode CORE inspirée du groupe de renormalisation dans l'espace réel devrait permettre la diagonalisation approchée de la matrice représentative du hamiltonien multi-spin correspondant. Enfin, une dernière partie du projet est destinée à la conception, synthèse et caractérisation d'aimants moléculaires hétéro-nucléaires aux propriétés plus performantes. Le caractère rationnel et progressif de la démarche et le contrôle théorie-expérience qui intervient à chacune de ces étapes devraient rendre possible l'aboutissement de cet ambitieux projet.

Coordination du projet

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

Aide de l'ANR 0 euros
Début et durée du projet scientifique : - 0 Mois

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