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Single-molecule magnets based on the orbitally-degenerate spin centers and stable organic radicals complexes

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Des températures de fonctionnement plus élevées pour les aimants miniatures

Les aimants monomoléculaires (AM) pourraient donner naissance à des systèmes de stockage de données à haute densité exploitant le retournement de spin des molécules simples. Les scientifiques ont mis au point de nouveaux matériaux magnétiques spécialement conçus pour venir à bout des goulets d'étranglement actuels en vue d'un déploiement plus vaste.

Énergie

Les aimants sont utilisés dans de nombreux domaines. D'ailleurs, leur marché est plus large que celui des semiconducteurs. Les chercheurs ont découvert que certains complexes métalliques polynucléaires composés d'une partie organique et d'une partie métallique se comportaient comme des aimants à l'échelle moléculaire. Les faibles températures de blocage pour la magnétisation monomoléculaire en ont notamment limité l'adoption. La température de blocage représente la température maximale pour l'utilisation de l'aimant. Une faible température de blocage, bien inférieure à la température ambiante, rend l'application difficile en situation réelle. L'un des principaux objectifs du projet VOLURAD, financé par l'UE, a été d'établir les règles en vue de la conception rationnelle de groupements polynucléaires offrant des températures de blocage élevées. Les chercheurs ont utilisé une méthode basée sur les systèmes hétéro-spins. Dans ce type de milieu, les deux spins (haut/bas) sont séparés par une barrière de potentiel (U). Si la barrière est élevée, le blocage ou la conservation de la magnétisation dure plus longtemps. En d'autres termes, le système convient au stockage des données. Les scientifiques ont donc tenté d'augmenter la température de blocage en augmentant U. Ils se sont concentrés sur la chimie de la coordination des systèmes hétéro-spins, dont les études existantes demeurent lacunaires. Les complexes polynucléaires contiennent au moins deux atomes ou ions métalliques centraux, qui sont entourés d'atomes ou groupes d'atomes non métalliques (ligands) contenus dans une même sphère de coordination. L'équipe a synthétisé plusieurs nouveaux complexes polynucléaires composés de métaux de transition du bloc 4D (ruthénium) ou 5D (osmium ou rhénium) combinés à des ions métalliques du bloc 3D ainsi que des ions métalliques du bloc 3D et à des nitroxydes (radicaux stables). Les différents composants ont été sélectionnés de sorte à répondre aux exigences des AM, à savoir une anisotropie négative élevée (perpendiculaire) et un état fondamental à haut spin (nombre relativement élevé d'électrons non appariés). La plupart de ces nouveaux composés ont fait l'objet d'une détermination structurale par diffraction des rayons X sur monocristal. Les propriétés magnétiques ont également été définies et plusieurs articles en sont à différents stades de finalisation. Les résultats du projet présentent un intérêt majeur pour différents secteurs, notamment en ce qui concerne les matériaux moléculaires, mais aussi pour la chimie et la nanotechnologie. L'impact le plus immédiat concerne sans doute le traitement des données, qui permettra à l'UE d'occuper une place de choix dans un secteur technologique en plein essor.

Mots‑clés

Aimants monomoléculaires, complexes métalliques polynucléaires, température de blocage, hétéro-spin, barrière de potentiel

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