Enrichissement isotopique de molécules aimants à base d’ions lanthanides

Isotopic Enrichments of lanthanide based single molecule magnets

• Auteur / Autrice : Jessica Flores Gonzalez
• Direction : Olivier Cador, Fabrice Pointillart
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie moléculaire et macromoléculaire
• Date : Soutenance le 03/12/2019
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matière, Molécules Matériaux et Géosciences (Le Mans)
• Partenaire(s) de recherche : ComuE : Université Bretagne Loire (2016-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Sciences Chimiques de Rennes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Isotopes -- Séparation

Métaux des terres rares

Magnétisme moléculaire

Mots clés libres

Magnétisme moléculaire

Lanthanides

Enrichissement isotopique

Dilution magnétique

Relaxation lente

Cycle d’hystérèse

Effet tunnel de l’aimantation

Molecular magnetism

Lanthanides

Isotopic enrichment

Magnetic dilution

Slow relaxation

Hysteresis loop

Quantum tunneling of the magnetization

Résumé

Les matériaux moléculaires, et plus précisément ceux à base d’ions lanthanides, ont été largement étudiés pour leur utilisation dans différentes applications, dont le stockage de l’information ou l’ordinateur quantique. Cet intérêt s’explique du fait que des systèmes contenant des ions lanthanides donnent lieu à une large anisotropie et une bistabilité magnétiques d‘origine purement moléculaire. Durant les vingt-cinq dernières années, beaucoup d’articles ont été publiés dans lesquels les composés à base de ces ions montraient une relaxation lente de leur aimantation et une hystérèse magnétique à basse température. Récemment, des recherches ont menées à l’obtention de systèmes moléculaires présentant des températures de blocage (température maximale à laquelle le système se comporte comme à superparamagnétique) proche de l’azote liquide ce qui facilite le transfert dans des dispositifs basés sur ces systèmes.Cependant, cette relaxation lente de l’aimantation est souvent accompagnée des phénomènes quantiques, donnant lieu à d’autres relaxations beaucoup plus rapides. Les phénomènes quantiques peuvent donner lieu à de nouvelles applications mais à condition de bien comprendre leurs mécanismes d’action. Les interactions dipolaires et les hyperfines, les premiers provenant des molécules voisines et la deuxième de l’interaction spin-noyau dans le métal, sont connus pour participer à l’origine de ces phénomènes. Quelques systèmes ont été choisis durant ce travail de thèse dans le but de mieux comprendre les évènements quantiques et la contribution des différentes interactions. Ceci a mené à la synthèse et aux caractérisations magnétiques de différents systèmes magnétiquement dilués (étude des interactions dipolaires) et isotopiquement enrichis (étude des interactions hyperfines), afin de mettre en évidence une tendance générale pour l’optimisation des processus de relaxation lente.

Molecular materials, and in particular those based on Lanthanides, have been extensively studied for their use in data storage, spintronics and quantum computing, as they promise high anisotropic systems and magnetic bistability of the discrete entity. Actually, in Athe last twenty-five years a plethora of compounds have been reported, thus showing slow of their magnetic relaxation and the characteristic magnetic hysteresis at low temperature. Moreover, some of the last investigations have reach blocking temperatures (temperature for which the system shows superparamagnetic behavior) at the liquid nitrogen level, hence facilitating the applicability of devices based on these molecules. However, the slow relaxation is commonly accompanied by quantum phenomena, favoring a fasten relaxation. The quantum effects open the possibility to different magnetic objects, but only if the operating mechanisms are well known. Dipolar interactions, with the neighboring molecules, and hyperfine interactions, with the metal ion, are known to be some of the reasons why this fast relaxations occurs. With the aim of acquiring a better understanding of the quantum events, and the contribution of the different interactions, different systems have been chosen to be studied in this work. Thus, the synthesis and magnetic characterization of magnetically diluted (suppression of dipolar interactions) and isotopic enrichment (tuning of the hyperfine interactions) of the different systems have been performed in order to find a general direction for the optimization of the slow relaxation process.