Matériaux Moléculaires Ferroelectriques (et Magnétiques) – FEMMM

Le projet FEMMM vise à développer de nouveaux matériaux moléculaires ferroélectriques (et éventuellement magnétiques). La bistabilité électrique des matériaux ferroélectriques, pour la plupart de nature inorganique, est la source de nombreuses applications techniques. Dans les dix dernières années, des ferroélectriques organiques ont vu le jour et ont suscité un fort intérêt, tant pour des possibles économies d'énergies dans les composants électroniques, dans des dispositifs récupérant l'énergie associée à des mouvements moléculaires que dans des matériaux thermoélectriques. En effet, la sélection de briques moléculaires adaptées permet la construction raisonnée et un contrôle synthétique optimal de tels composés moléculaires, et ce dans des conditions douces. De plus, le faible poids, le bas coût, la flexibilité mécanique et une mise en forme facile sont des atouts supplémentaires de tels composés moléculaires. Bien que des premiers exemples de ferroélectriques moléculaires aient été déjà décrits, il reste toujours des enjeux majeurs à adresser, d'une part pour atteindre les performances de matériaux inorganiques, comme une forte polarisation à une température critique élevée, ou bien pour l'élaboration de matériaux multifonctionnels couplant ferroélectricité à d'autres propriétés physiques.

Le projet FEMMM s'inscrit dans cette dynamique émergente selon les axes ci-dessous. D'une part, nous proposons de mettre en œuvre une interaction intermoléculaire dite de liaison halogène pour induire un comportement ferroélectrique. D'autre part, une approche hybride organique-inorganique vise à associer la ferroélectricité moléculaire à d'autres propriétés magnétiques, comme la bistabilité magnétique (molécules-aimant, chaines-aimant, ordres magnétiques) ou la bistabilité électronique (conversion de spin, transfert d'électron). En effet, la ferroélectricité résultant d'une transition de phase dans des solides, de tels matériaux moléculaires nécessitent un contrôle fin des interactions intermoléculaires dans ces réseaux cristallins, et une compréhension approfondie des transitions de phase. Ces travaux doivent permettre la découverte d'une nouvelle source de ferroélectricité dans les composés moléculaires, une étude systématique des relations structure-propriétés, et un effort spécifique sur le couplage des propriétés ferroélectrique et magnétiques.

Ces travaux seront menés sous la direction de Mme Ie-Rang JEON. Cette chercheuse coréenne, après une thèse de doctorat soutenue en 2012 à Bordeaux en magnétisme moléculaire, travaille depuis à la Northwestern University (Chicago, USA) sur des systèmes magnétiques à ligands non-innocents et des agents de contraste pour l'Imagerie (MRI). Le projet FEMMM sera réalisé à l'Institut des Sciences Chimiques de Rennes, en collaboration avec le Dr Marc Fourmigué (DR CNRS), qui y développe une forte activité autour des systèmes moléculaires cristallins (interactions intermoléculaires, liaison halogène, conducteurs moléculaires).