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– CHEMISPIN

Résumé de soumission

La synthèse chimique est capable d?élaborer des nano-objets magnétiques de haute-qualité, soit sous forme de molécules, soit sous forme de nanoparticules (NPs) aux propriétés bien contrôlées. Ces objets jouent déjà un rôle majeur dans certains secteurs technologiques (IRM,séparation magnétique,hyperthermie) ou sont en passe de le faire (enregistrement magnétique,bio-détection). Ce sont de plus des objets modèles pour la recherche fondamentale. En spintronique, l?utilisation de molécules ou NPs magnétiques (MNPs) devrait ouvrir la voie à un nouveau type de physique et à des dispositifs aux propriétés innovantes. Pour ces applications potentielles, il existe un fort besoin de recherche fondamentale sur les propriétés de MNPs uniques. De formidables résultats pionniers ont été obtenus dans cette direction par l?utilisation du micro-SQUID. Une autre voie consiste à connecter une MNP à des électrodes ferromagnétiques. L?avantage est que cela permet de caractériser des objets de moins de 2nm, mais aussi de manipuler les objets insérés: dans le cas d?une MNP, le courant de spin permet de retourner son aimantation, conduisant à des oscillateurs basés sur une précession entretenue; dans le cas d?une molécule magnétique, cela permettrait des précessions jusqu?à 100GHz et ouvrirait la voie d?un domaine prometteur: la « spintronique moléculaire ». L?utilisation de MNPs préparées par synthèse chimique (CSMNPs) permettrait le contrôle de la nature, de la taille, de la forme, et de l?anisotropie magnétique de ces NPs, ce qui est nécessaire pour la recherche fondamentale. Bien que l?idée apparaisse très séduisante, cette voie est particulièrement ardue. Jusqu?à présent, le mariage naturel qui devrait unir la spintronique et les MNPs n?a pas été très fructueux. Rappelons qu?aucun article n?a rapporté la connexion électrique d?une particule ferromagnétique à des électrodes ferromagnétiques. Les pas dans cette direction ont été peu nombreux et le fait d?équipes européenne et américaines leader (Cornell, TUDelft, Georgiatech et le partenaire 3) : une MNP de Co et une molécule Mn12 connectés à des électrodes non-magnétiques, et une NP d?Au, d?Al et un C60 connectés à des électrodes ferromagnétiques. Dans chaque cas, la maîtrise d?une technologie de pointe permettant de connecter des nano-objets a été un ingrédient décisif de la réussite. Les objets idéaux pour les premières études fondamentales de CSMNPs uniques en spintronique consisteraient en un c?ur magnétique entouré d?une fine couche d?oxyde. Du point de vue de la chimie, la synthèse de tels objets est un véritable challenge et un sujet chaud, sur lequel travaillent de nombreuses équipes cherchant à utiliser les CSMNPs dans des applications bio-médicales, micro-ondes ou pour les aimants permanents. Le cahier des charges de l?électronique de spin est certainement le plus drastique de toutes ces applications : la NP devrait être couverte de manière homogène par une couche d?oxyde, sans défaut, de moins de 3nm, sans que cela perturbe ou oxyde le c?ur magnétique. Plusieurs approches ont été rapportées, mais elles sont souvent basées sur, ou conduisent à, une oxydation du c?ur magnétique, ce qui est incompatible avec le but visé. Ce projet a 3 objectifs principaux : i) la synthèse de barrières tunnel inorganiques autour de CSMNPs, ii) l?intégration des CSMNPs dans des dispositifs à une particule, iii) la mesure de leur propriétés intrinsèques (effet magnéto-Coulomb) et la manipulation électrique de leur aimantation (transfert de spin). Etant donné son ambition, ce projet nécessite un consortium au plus haut niveau international et maîtrisant des savoir-faire clés. i) Le partenaire 2 a une compétence reconnue au niveau international sur l?élaboration de CSMNPs et a récemment déposé un brevet sur leur protection par une fine couche d?oxyde. ii) Le partenaire 3, en plus d?être un des laboratoires leader en spintronique, est aussi un des rares groupes maîtrisant une technique pour connecter des NPs uniques. Ce groupe a récemment rapporté la première observation d?un effet magnéto-Coulomb sur une NP non-magnétique dans un transistor à un électron ferromagnétique. iii) Le partenaire 1 travaille en étroite collaboration avec des chimistes sur le magnétisme de CSMNPs depuis plus de 10 ans, et a récemment obtenu des résultats de haute-qualité sur les propriétés de transport dépendant du spin de CSMNPs synthétisées par le partenaire 2. A l?heure actuelle, les seuls concurrents sérieux au niveau international sur un tel projet se trouvent aux Etat-Unis : les groupes de Ralph (Cornell) et Davidovich (GeorgiaTech). Le succès de ce projet ouvrirait la voie de l?approche bottom-up pour l?électronique de spin 0D. Il permettrait l?étude expérimentale d?effets et de concepts qui ne sont actuellement présents que dans des travaux théoriques. Enfin, il pourrait avoir des retombées très importantes dans des domaines nombreux et variés, allant des applications micro-ondes aux biomédicales.

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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