Anisotropie Optique au sein d'Aimants Moléculaires Chiraux: Vers une Lecture Optique de l'Orientation du Spin – AnisoChirMag

AnisoChirMag est un projet découpé en trois tâches complémentaires comprenant (i) la préparation de complexes chiraux 4d/5d , (ii) leur utilisation comme précurseurs pour la construction de nano-aimants 1-D énantiopurs et (iii) l'étude de leurs propriétés magnéto-chirales.
La tâche 1 est consacrée à la synthèse d'une famille de ligands énantiopurs et de leurs complexes 4d/5d associés. Ces complexes ont été choisis pour agir comme des métallo-ligands ou des entités ayant des sites de coordination substituables. Ils seront systématiquement caractérisés; structures cristallographiques, propriétés optiques (dichroisme circulaire naturel) et propriétés magnétiques. Une attention particulière sera portée à l'estimation de l'anisotropie magnétique des nouveaux complexes 4d and 5d.
Les nano-aimants hétérométalliques 1-D chiraux seront synthétisés pendant la tâche 2 selon une approche de type «building block«. Une étude et analyse complète de leurs propriétés magnétiques seront entreprises pour identifier les plus performantes SCMs (high blocking temperature, low relaxation rates, etc.) pour les caractérisations de l'effet MChD nécessitant une forte activité optique naturelle et une constante d'extinction associée aux centres magnétiques élevée).
Au cours de la tâche 3, les propriétés d'anisotropie magnéto-optique seront étudiées avec la chaine-aimant la plus performante.

La synthèse d’un complexe de Fe(II) heptacoordiné et chiral a été mise au point et il a été caractérisé par spectroscopie infrarouge et diffraction des rayons X sur monocristal. Ses propriétés optiques seront prochainement étudiées par mesures de dichroisme à réaliser sur les deux énantiomères.

Des premiers essais d’association entre le complexe chiral de Fe(II) et un composé de Cr(III) ont été entrepris et des cristaux ont été obtenus dont l’enregistrement de la structure cristallographique est en attente. Les premières caractérisations confirment la formation de la chaine CrFe avec un spectre infrarouge identique à celui de son analogue CrMn. Nos résultats précédents permettent de prédire que cette chaine présentera des phénomènes de relaxation lente de l’aimantation (typiques des nano-aimants moléculaires).

Les propriétés magnétiques et l’effet MChD seront étudiés pour la chaine CrFe sur les deux énantiomères.

Nos efforts seront axés sur la préparation des précurseurs de Mo(III) heptacoordinés qui seront par la suite associés à nos briques chirales pour obtenir de nouvelles chaine-aimants chirales.

Publications en cours de production

AnisoChirMag se propose d’élaborer des aimants moléculaires chiraux présentant une forte anisotropie magnétique et un effet dichroïque magnéto-chiral (MChD). Ce projet repose sur l’idée d’utiliser le dichroïsme magnéto-chiral comme une possibilité de lire l’information magnétique d’un nano-aimant au travers de l’orientation du spin, c’est-à-dire différencier la direction de l’aimantation entre ses deux orientations possibles dans l’état bistable. Notre objectif est de valider ce concept avec des chaines-aimants chirales (classiquement abrégées SCMs pour Single-Chain Magnets). Pour cela, un pan important de ce projet est dédié à l’élaboration de ces nano-aimants moléculaires 1-D satisfaisant aux critères magnétiques et optiques pré-requis pour induire un fort effet MChD.

Ce projet sera développé au travers de trois tâches bien définies et complémentaires :
i) des complexes anisotropes et chiraux de métaux de transition 4d/5d seront synthétisés et étudiés de façon approfondie par différentes techniques de caractérisation physico-chimiques. Ces complexes de coordination seront spécifiquement préparés pour être utilisés comme métallo-ligands ou en tant que complexes métalliques accepteurs,
ii) des aimants moléculaires 1-D (appelés chaine-aimants aussi connues sous le nom de SCMs pour Single-Chain Magnets) énantiomériquement purs seront formés par association de ces précurseurs 4d/5d, et enfin
iii) les propriétés magnétiques et optiques des systèmes les plus prometteurs seront étudiées.

Les composantes moléculaires chirales ont été sélectionnées afin de présenter des signaux dichroïques circulaires intenses associés à des coefficients d’extinction élevés. Les complexes 4d/5d ont été choisis pour leur fort couplage spin-orbite qui est à l’origine de leur anisotropie magnétique élevée et d’autre part, ces ions permettent d’induire de fortes interactions d’échange quand ils sont associés à un autre porteur de spin. L’apport d’une anisotropie élevée et d’un fort couplage magnétique des ions 4d/5d dans les chaines conduira à des comportements de type SCMs ayant des propriétés magnétiques (températures de blocage et moments effectifs élevés) optimales. La synergie entre la chiralité et le moment magnétique important de ces chaines doit conduire à un signal magnéto-chiral suffisamment fort et permettre de différencier les deux orientations de l’aimantation des SCMs. Cette preuve de concept est l’objectif final du projet. Ces travaux seront réalisés au Laboratoire de Chimie de Coordination (LCC, UPR 8241) à Toulouse. Ils fédèrent des chimistes reconnus du domaine du magnétisme moléculaire, des théoriciens experts en magnétisme et des physiciens experts des propriétés magnéto-optiques.