Synthèse et étude de matériaux organique-inorganiques bidimensionnels associant ferromagnétisme, propriétés optiques non linéaires et photochromisme

Synthesis and study of bidimensional organic-inorganic materials associating ferromagnetism, nonlinear optic and photochromism

• Auteur / Autrice : Sophie Bénard
• Direction : René Clément
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie physique
• Date : Soutenance en 2000
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Chimie Inorganique (Orsay, Essonne)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)
• Jury : Président / Présidente : Michel Verdaguer
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : René Clément, Michel Verdaguer, Jacques Delaire, André Samat, Silvio Decurtins, Pei Yu
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jacques Delaire, André Samat

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux hybrides

Ferromagnétisme

Composés d'insertion

Photochromisme

Optique non linéaire

Molécules aimants

Mots clés libres

Matériaux multi-fonctionnels

Spiropyranes

Spirooxazines

Magnétisme moléculaire

Résumé

Ce travail a pour objet la synthèse et l'étude de matériaux combinant des propriétés magnétiques et des propriétés optiques (optique non linéaires ONL ou photochromisme). Dans un premier chapitre, nous rappelons les principes gouvernant l'activité optique des molécules, et nous donnons un résumé non exhaustif de la recherche dans le domaine de l'ONL et du photochromisme. Nous poursuivons par une description des systèmes lamellaires utilisés. Enfin, une dernière partie est consacrée à l'examen des interactions entre les chromophores et la phase inorganique qui seraient susceptibles d'affecter leurs propriétés respectives. Le second chapitre concerne l'association des propriétés ONL et magnétique. Plusieurs séries de chromophores à forte hyperpolarisabilité, dérivés du tétraphénylphosphonium ou de type stilbazolium, ont été synthétisées. Ces chromophores ont été utilisés dans l'élaboration d'aimants moléculaires bidimensionnels C[MᴵᴵCr(C₂O₄)₃, (Mᴵᴵ = Mn, Fe, CO, Ni, Cu). Les composés obtenus ont été étudiés du point de vue de leur structure, de leurs propriétés magnétiques et ONL. Nous nous sommes attachés à essayer de dégager une relation structure-propriétés ONL. Enfin, nous discutons les différentes tentatives effectuées pour mettre en évidence une éventuelle interaction entre magnétisme et activité ONL. Le troisième chapitre englobe la synthèse et l'étude de tous les composés présentant des propriétés photochromes. La première partie est consacrée aux photochromes spiropyranes et spirooxazines cationiques. Grace à leur caractère ionique, ces molécules sont photochromes à l'état cristallin et en solution. Cette particularité n'avait jamais été observée dans cette famille. La seconde partie aborde la synthèse et l'étude des aimants moléculaires contenant ces spiropyranes. Les influences réciproques entre les deux propriétés coexistant dans le matériau sont alors présentées et discutées. Enfin, l’intercalation de ces même photochromes dans les phases lamellaires de type MPS₃, fait l’objet de la troisième partie de ce chapitre.

This work deals with the synthesis and the study of materials combining magnetic properties with optical properties (nonlinear optic [NLO] or photochromism). In the first chapter, we summarize the basic principles governing the optical activity of molecules, and give a non-exhaustive survey of the investigations in the field of NLO and photochromism. The lamellar magnetic systems utilized are then described. A last section is dedicated to the interactions that might occur between physical properties existing in this material. The second chapter reports the attempts carried out to achieve combination in the same material of NLO and magnetic properties. Various kinds of hyperpolarizable chromophores, derived from tetraphenylphosphonium cation or silbazolium type, have been synthesized and used for the construction of 2D molecular-based magnets C[MᴵᴵCr(C₂O₄)₃, (Mᴵᴵ = Mn, Fe, CO, Ni, Cu). The large number of compounds obtained has been characterized by IR, UV­ visible spectroscopy, X-ray powder diffraction. Their magnetic and NLO properties have been measured, and two structures have been solved. The results are discussed in an attempt of establishing "structure-NLO property" relationships. Finally, various attempts at characterizing a possible interaction between magnetic and NLO properties are discussed. The third chapter reports the synthesis and the study of all compounds exhibiting photochromic properties, and their association with magnetic properties. The first section deals with the photochromic species: spiropyran and spirooxazine cations. They exhibit photochromism both in solution and in the crystalline sate. This specificity has never been observed in this family of compounds. Section II presents the synthesis and the study of molecular-based magnets containing these spiropyran cations. Evidence of a reciprocal influence between both properties is presented. In section III, intercalation of the same photochromic cations into MPS₃layered phases is reported.