Aimants 2D conducteurs à haute performance obtenus par une approche Chimie de coordination redox – HiPerMagnet

Le projet HiPerMagnet consiste à préparer et à étudier de nouveaux polymères de coordination 2D magnétiques et conducteurs, dotés de propriétés ajustables grâce à la flexibilité de la chimie moléculaire. Ces réseaux de coordination contiendront des ligands redox-actifs et des ions métalliques possédant un fort potentiel réducteur. Les objectifs sont de promouvoir le transfert d'électron entre les ions métalliques et les ligands ou, si le processus redox est désactivé ou partiel dans le matériau final, de générer des radicaux organiques par réduction post-synthétique. Nous espérons ainsi obtenir de nouveaux matériaux conducteurs et ferro-, ferri- ou antiferromagnétiques à haute température. Ces matériaux 2D seront également exfoliés et introduits en mono-couche au sein de dispositifs en spintronique. Dans le cadre de notre projet, nous souhaitons pouvoir répondre à plusieurs questions qui se posent dans domaine des matériaux moléculaires et de la communauté de la chimie-physique.
(i) Pouvons-nous synthétiser des composés à base de molécules avec des phases ordonnées magnétiquement (ferro / ferri ou antiferro) à haute température?
(ii) Pouvons-nous concevoir des systèmes à base de molécules dotés de bandes interdites ajustables et de densités de porteurs réglables afin de favoriser une conductivité électrique élevée?
(iii) Est il possible de préparer des semi-conducteurs magnétiques à base de molécules qui fonctionnent à la température ambiante?
(iv) Peut-on fabriquer des dispositifs spintroniques à base de molécules montrant des états exotiques de la matière à basses températures?
(v) Peut-on faire fonctionner des dispositifs spintroniques à base de molécules à la température ambiante?

Pour atteindre nos objectifs, le projet réunit pour une période 48 mois 4 partenaires: l'équipe M3 du CRPP (P1), le groupe SM&M de l'ICMCB (P2) à Pessac, l'équipe ID12 de l'ESRF (P3) et l'équipe QuantECA de Institut Néel (P4) à Grenoble. Nous souhaitons recruter 2 post-docs pour nous aider dans ce projet.

Nos objectifs ambitieux seront atteints par l’ingénierie de la structure électronique des polymères de coordination 2D, c.-à-d. en faisant correspondre les niveaux d'énergie des précurseurs inorganiques (ions métalliques 3d) et organiques (ligands redox actifs) pour donner lieu à une forte mobilité électronique et à de fortes interactions magnétiques. La première partie de ce projet sera consacrée à la mise à niveau des énergies orbitales d des ions métalliques de différentes configurations électroniques, et des orbitales des ligands afin de promouvoir le processus d'oxydo-réduction et la formation subséquente de ligands radicaux, comme observé dans nos récents travaux publiés dans Nature Chemistry pour le composé 2D [Cr(pyrazine)2Cl2], qui constitue notre preuve de concept. Dans les cas où le recouvrement orbitalaire adéquat n’est pas obtenu et donc que le processus rédox est désactivé ou partiel, des ligands radicalaires seront générés par des méthodes post-synthétiques dans la deuxième partie de note projet. Il est connu que la réduction chimique post-synthétique au moyen d'agents réducteurs, tels que les sels de métaux alcalins ou le cobaltocène, a déjà permis d'obtenir des systèmes avec des valeurs de température d'ordre magnétique record, ainsi que des réseaux Metal-Organic Frameworks hautement conducteurs. Enfin, dans la troisième partie, les polymères de coordination 2D les plus prometteurs seront exfoliés en couche nanométrique et les films de haute qualité seront incorporés dans trois dispositifs différents. Le dopage de grille au niveau de la monocouche nous fournira une image microscopique de l’interaction entre les électrons délocalisés dans les ligands p et le moment magnétique localisé sur les centres métalliques et nous éclairera sur la mise en oeuvre potentielle de ces polymères de coordination 2D dans les dispositifs spintroniques.