Complexes organométalliques de lanthanides basés sur des [2.2]paracyclophanes chiraux pour des propriétés SMM et CPL – pCp-Ln

Les aimants moléculaires à base de lanthanides (SMMs) possèdent des propriétés magnétiques remarquables, notamment une relaxation lente de la magnétisation, ce qui en fait des candidats prometteurs pour des applications en information quantique, stockage de données à haute densité et électronique moléculaire. Cependant, les mécanismes sous-jacents des propriétés magnétiques de ces systèmes demeurent encore difficiles à rationaliser, ce qui représente à la fois un défi scientifique et technologique.
Dans les complexes de lanthanides (Ln), les propriétés magnétiques dépendent de la structure électronique du métal et du couplage spin-orbite, qui déterminent l'anisotropie du système. Le champ cristallin généré par les ligands influence légèrement les orbitales 4f des lanthanides, mais joue un rôle crucial dans le comportement magnétique global des complexes. Il est donc essentiel de choisir avec soin les ions lanthanides, les environnements de coordination et la symétrie moléculaire afin de concevoir des SMMs aux propriétés optimisées.
Pour rendre les SMMs plus adaptés à diverses applications pratiques, il est primordial de combiner leurs propriétés magnétiques avec d’autres caractéristiques physiques, telles que la luminescence et la chiralité. Comprendre l'interaction entre ces propriétés pourrait ouvrir la voie à la conception de matériaux multifonctionnels pour les technologies moléculaires de demain. Des SMMs luminescents à base de lanthanides, incorporant des ligands organiques à chiralité centrale ou hélicoïdale, ont déjà montré des phénomènes fascinants, comme l'émission de luminescence circulairement polarisée (CPL) et le dichroïsme magnetochiral (MChD).
L'utilisation de ligands à chiralité planaire dans le développement de SMMs émissifs à base de lanthanides reste largement inexplorée, offrant ainsi une opportunité unique de mieux comprendre comment la chiralité influence à la fois les propriétés magnétiques et optiques de ces systèmes. Le projet pCp-Ln vise à combler cette lacune en concevant des SMMs luminescents à base de lanthanides, intégrant de nouveaux ligands chiraux dérivés de [2.2]paracyclophanes (pCps). Ce projet explorera comment la chiralité des pCps se transfère aux ions des terres rares et comment elle influence les propriétés des complexes résultants. Une approche multidisciplinaire, combinant la synthèse chimique, la spectroscopie optique et magnétique, ainsi que les calculs quantiques, sera mise en œuvre.
Le projet est structuré autour de quatre "work packages" (WP) avec les objectifs suivants :
WP1 : Développer des stratégies stéréosélectives pour la préparation de ligands pCp énantiopurs à l'échelle de plusieurs grammes.
WP2 : Synthétiser des complexes de lanthanides avec des interactions spécifiques entre les ions des terres rares et les ligands pCps chiraux, en variant des paramètres tels que la distance, l'orientation et le type de coordination.
WP3 : Réaliser une caractérisation spectroscopique complète, en mettant l'accent sur des mesures de CPL sur cristaux uniques.
WP4 : Mesurer les propriétés magnétiques des complexes de Ln et effectuer des calculs quantiques, guidant ainsi la rationalisation des comportements observés et la conception de SMMs luminescents plus efficaces.
Ainsi, le projet pCp-Ln ambitionne de faire progresser la compréhension des effets de la chiralité dans le magnétisme moléculaire et de contribuer au développement de systèmes multimodaux combinant à la fois des propriétés magnétiques et chiroptiques. Bien que ce projet soit principalement fondamental, ses résultats pourraient influencer, sur le long terme, la conception de futurs matériaux pour l'informatique quantique et le stockage de données à l'échelle moléculaire, repoussant ainsi les limites des technologies actuelles et ouvrant de nouvelles perspectives pour les applications futures.