Synthèse, étude et fonctionnalisation de nanoaimants moléculaires redox-actifs – ACTIVE-MAGNET

Dans le domaine du magnétisme, une attention particulière a été portée ces deux dernières décennies au molécules-aimants et plus récemment aux chaînes-aimants, en raison de leur capacité à pouvoir stocker de l’information à l’échelle nanométrique. Cette caractéristique peut conduire à des applications comme dispositifs de stockage d’information à très haute densité, tels que des disques durs « améliorés ».
Le projet présenté ici a pour but la synthèse, l’étude et la fonctionnalisation de nouvelles molécules- et chaînes-aimants aux propriétés améliorées, à travers une conception rationnelle des composants moléculaires. Des propriétés d’oxydo-réduction seront fournies, soit par le centre métallique, soit par le ligand pontant, ou bien les deux. Ceci nous permettra de moduler et parfois d’améliorer de manière significative les propriétés magnétiques des architectures moléculaires résultantes, avec pour objectif de former des aimants moléculaires avec des températures de blocage élevées, en d’autres termes des nanoaimants qui peuvent conserver leur aimantation à température ambiante. Ceci constitue un défi de longue date dans ce domaine de recherche.

La première étape de ce projet consistera à synthétiser une nouvelle classe de ligand spécialement conçue pour i) agir comme un pont métallique entre les porteurs de spin métalliques, avec la possibilité de pouvoir le stabiliser sous forme radicalaire, ii) promouvoir la formation de liaisons métal-carbone, iii) pouvoir stabiliser des états à valence mixte conférant des propriétés optiques et électroniques intéressantes, mais aussi d’«améliorer» les propriétés magnétiques.

En ce qui concerne le choix des porteurs de spin métalliques, nous nous intéresserons prioritairement aux métaux de transition 4d et 5d pour différentes raisons. Le fort couplage spin-orbite des métaux lourd devrait conférer à leurs complexes une forte anisotropie magnétique. De plus, leur orbitales moléculaires plus diffuses que celles des métaux 3d devrait permettre un meilleur recouvrement orbitalaire avec le ligand pontant, permettant ainsi un plus fort couplage magnétique. De plus, la chimie du niobium aux degrés d’oxydation +II, +III et +IV est très peu connue, et mériterait d’être explorée.

Dans un premier temps, des systèmes dinucléaires “prototypes” seront synthétisés par réaction entre le ligand pontant et des complexes « bouchons » de métaux de transition. Ceci permettra de réaliser une étude complète des propriétés magnétiques et électroniques inhérent à la fois des centres métalliques et du ligand pontant au sein du complexe. L’isolation de ces systèmes prototype permettra en outre une sélection des briques de construction moléculaires les plus intéressantes pour l’élaboration de complexes de plus haute nucléarité et de réseaux de coordination unidimensionels susceptibles de se comporter comme des molécules- ou chaînes-aimants, ainsi qu’une meilleure compréhension de leur comportement.

La synthèse de complexes polynucléaires et de réseaux 1-D sera également entreprise. Chacune des molécules- ou chaînes-aimants potentielles sera caractérisée et étudiée en détails. En plus de la synthèse et de l’étude de ces nouvelles molécules- et chaînes-aimants, le ligand pontant sera également fonctionnalisé par divers groupements chimiques permettant soit de i) modifier/moduler ses propriétés redox/électroniques, ii) d’augmenter la solubilité du ligand et donc des assemblages résultants, iii) d’isoler magnétiquement les molécules ou chaînes, iv) de conférer des propriétés de cristaux liquides aux assemblages moléculaires résultants.

Tous les assemblages moléculaires obtenus seront étudiés grâce à un grand nombre de techniques de caractérisation, permettant ainsi de comprendre, de rationaliser, voire d’améliorer les propriétés des systèmes étudiés. Ce travail apportera une contribution visible et innovante à ce domaine de recherche.