Photo-structuration 3D à des échelles submicrométriques de matériaux nanocomposites magnétiques fonctionnels – PhotoMagnet

Le projet PHOTOMAGNET propose de développer de nouvelles matrices sol-gel incorporant des Nanoparticules Magnétiques (NPM) dispersées de façon homogène et qui soient photostructurables en structures 3D de résolutions sub-micrométrique par stéréolithographie biphotonique (TPS). In fine, la démonstration du potentiel de ces matériaux nanocomposites fonctionnels microstructurés sera réalisée à travers deux preuves de concept correspondant à un matériau multifonctionnel: cristaux magnéto-photoniques (CMP) 3D et µ-structures magnétothermiques.

Le projet est pluridisciplinaire et présente des challenges scientifiques et technologiques dans ses différents aspects. Il met en œuvre les compétences complémentaires des trois équipes impliquées dans différents domaines :
i) La synthèse NPM fonctionnalisées originales, compatibles avec la matrice choisie et à propriétés magnétiques contrôlées sera une étape initiale clé dans ce projet.
ii) Le développement de matrices hôte pour les NPM photostructurables par stéréolithographie biphotonique constituera un deuxième challenge ambitieux. Plusieurs types de matrices sont envisagés, des matrices sol-gel hybrides (silane/acrylate) et des matrices à base d'oxo-clusters métalliques (Zr et Ti) dont la structuration par TPS a été validée très récemment. Cet aspect est le coeur du projet et présente des challenges en chimie des matériaux, nanocomposite, photochimie, nanofabrication.
iii) L'intérêt sera démontré à travers deux applications: structures résonantes 3D à propriétés magnéto-optiques et microstructures 3D à propriétés magnétothermiques. Dans les deux cas, la technique de TPS associée à ces matériaux magnétiques photostructurables est la seule technique permettant d'obtenir des microstructures complexes 3D fonctionnelles.
S'agissant d'une technique de prototypage, il est également possible de modifier à volonté le design des structures pour ajuster les propriétés.

Un des objectifs est la réalisation de CMP 3D visant à obtenir une exaltation de rotation Faraday à 1,5 µm par le mécanisme d’onde lente propre aux cristaux photoniques, tout en garantissant une bonne transmittance du matériau micro-structuré. C’est le grand intérêt d’une réalisation par TPS qui garantit une excellente homogénéité de la microstructure comparativement aux méthodes d’auto-organisation plus classiquement employées pour réaliser des CMP. Une telle démonstration permettra de lever totalement le verrou actuel de l’intégration ou de la micro-structuration des matériaux magnéto-optiques classiques, verrou qui limite drastiquement l’emploi de ces matériaux dans les applications où ils sont pourtant vivement attendus.
Pour les µ-structures magnéto-thermiques, il s’agit de réaliser un réseau 2 D de micro-pilliers qui soient activable thermiquement par application d’un champ magnétique externe, cette activation reposant sur l’hyperthermie magnétique propre des NPM. Adaptées à l'interaction avec des cellules biologiques, ces surfaces fonctionnelles micro-nanostructurées ouvrent la voie à l’étude de phénomènes cellulaires liés à l'hyperthermie. Afin de caractériser au mieux les capacités d’hyperthermie des NPM, les partenaires proposent une mesure magnéto-optique sensible à la température interne de ces NPM lors de leur activation thermique. Novatrice par rapport aux outils actuellement disponibles, et couplée à la diversité des NPM disponibles dans le projet, cette technique de mesure apportera, à n’en pas douter, des informations précieuses pour la communauté sur les mécanismes mis en jeu en hyperthermie magnétique.