Nanocristaux de pérovskites : synthèse en sels fondus et transport de spin sous influence électrochimique – SaltySpin

Les systèmes fortement corrélés sont des matériaux où les interactions entre électrons conduisent à des ordres de spin, charge, orbitale et réseau fortement intriqués. Ces solides possèdent des propriétés de fort intérêt technologique. Ils sont la base de nombreuses technologies de l’information et de la communication (TIC). Les pérovskites manganites de formule AMnO3, avec A des cations alcalins, alcalino-terreux, ou terres rares, sont typiques des systèmes fortement corrélés, où une Séparation de Phases Electroniques (SPE) conduit à plusieurs phases électroniques-magnétiques coexistant à l’échelle d’environ 10 nm. Les manganites sont aussi parmi les électrocatalyseurs les plus actifs pour le stockage de l’énergie dans les piles à combustible et les batteries métal-air.
Les propriétés des manganites dépendent des domaines SPE, de leur taille et densité en fonction de stimuli comme la température ou un champ magnétique. Bien que la SPE et la coexistence de phases métalliques et isolantes doivent influencer les propriétés catalytiques, ce lien n’a jamais été exploré. L’ingénierie de la SPE est donc primordiale pour la conception d’oxydes fonctionnels. Beaucoup de travaux sont focalisés sur la SPE dans les films minces d’oxydes pour les TIC. Pourtant, très peu traitent de nanoparticules de manganites, une pierre angulaire de la catalyse mais un défi en synthèse. De telles nanoparticules offriraient de nouvelles opportunités :
(i) Comme modèles à basse dimension de films, les nanoparticules peuvent être étudiées par des techniques avancées de microscopie électronique et de spectroscopie
(ii) La taille des nanoparticules proche de la distance caractéristique de la SPE devrait fortement l’influencer
(iii) Le grand ratio surface-sur-volume des nanoparticules devrait exacerber le lien entre SPE et catalyse, permettant l’utilisation de champs magnétiques pour améliorer les propriétés catalytiques et vice versa, l’emploi de la catalyse pour contrôler le transport de charge et de spin
Le but de SALTYSPIN est d’explorer les liens entre taille de particules, catalyse, transport de charge et de spin, au travers de la SPE comme pierre angulaire. SALTYSPIN conduira à de nouveaux modèles levant le voile sur le transport de charge et spin dans les films, et à une nouvelle voie d’amélioration de propriétés catalytiques.
Pour atteindre ce but, nous proposons une approche interdisciplinaire innovante :
(i) Synthèse de nanocristaux de manganites de haute qualité cristalline en alliant chimie des sels fondus et chauffage micro-ondes pour ajuster composition, hétérostructures cœur-coquille, et taille dans la gamme 5-50 nm
(ii) Utilisation de méthodes physiques avancées pour étudier les propriétés magnétiques et de transport de charge et de spin à l’échelle de 50 nm
(iii) Couplage entre méthodes physiques et électrochimie à l’échelle nanométrique, afin d’étudier les relations entre électrocatalyse et magnétotransport, à l’échelle de 50 nm
SALTYSPIN réunit un consortium multidisciplinaire et pionnier de chimistes des matériaux (LCMCP), physiciens du solide (IPCMS) et électrochimistes (LISE), qui ont récemment validé les nanoparticules comme modèles de films minces. Le rôle de la taille des particules sur la SPE a aussi été abordé. Pourtant, l’intrication entre SPE et catalyse est un concept inédit.
SALTYSPIN est un projet de science fondamentale. Reposant sur une synthèse originale de nanoparticules comme pierre angulaire, sa place première est dans le Défi 3 de l’ANR, focalisé sur les “nanomatériaux et nanotechnologies pour les produits du futur ” et les “nano-objets complexes fonctionnels”, dans l’orientation 14 “conception de nouveaux matériaux”. SALTYSPIN dévoilera des nanoparticules aux propriétés originales de charge, de spin et de catalyse, ouvrant la voie à des électrocatalyseurs à haute activité via de nouveaux dispositifs pour le stockage de l’énergie, et à de nouveaux modèles pour les technologies de l’information et de la communication.