Magnetic Molecular-based Materials Assembled on Metallic Substrates : Experimental X-ray Absorption Spectroscopy and Ligand Field Multiplet Calculations

par Luqiong Zhang

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Talal Mallah et de Philippe Sainctavit.

Le président du jury était Ally Aukauloo.

Le jury était composé de Talal Mallah, Philippe Sainctavit, Ally Aukauloo, Amélie Juhin, Valérie Marvaud, Rodrigue Lescouëzec.

Les rapporteurs étaient Amélie Juhin, Valérie Marvaud.

  • Titre traduit

    Matériaux magnétiques à base moléculaire assemblés sur des substrats métalliques : spectroscopie expérimentale d'absorption des rayons X et calcul du multiplet de champ de ligands


  • Résumé

    Les travaux de recherche concernent l'étude des propriétés magnétiques des nanoparticules de coordination et de complexes à transition de spin assemblés en monocouches sur différents substrats métalliques par spectroscopie d’absorption des rayons X (XAS) aux seuils L₂,₃ des atomes métalliques. Nous utilisons le dichroïsme magnétique circulaire des rayons X (XMCD) et le dichroïsme naturel linéaire des rayons X (XNLD). La simulation des données expérimentales est réalisée par la méthode des multiplets en champ de ligands (LFM). Cette thèse est divisée en deux parties.La première partie vise à étudier l'anisotropie magnétique des nanoparticules magnétiques de coordination assemblées en une monocouche sur du graphite pyrolytique hautement orienté. Les mesures XAS, XNLD et XMCD révèlent la présence d'une anisotropie électronique et magnétique par l'ouverture d'une boucle d'hystérèse magnétique à basse température. En combinant les données expérimentales avec les calculs LFM, nous proposons un modèle structural de la surface des particules qui permet de rendre compte de l'anisotropie électronique et magnétique due à l'interface nanoparticules/vide.Dans la deuxième partie, on étudie la transition de spin thermique et photo-induite de complexes de Fe(II) assemblés en sous-monocouches sur des substrats métalliques. Les calculs LFM et les données expérimentales permettent de démêler les différents effets que les paramètres externes (température, rayons X, lumière bleue et rouge) induisent sur la nature et l'ampleur de la transition de spin. Une transition "anormale" de l’état haut spin vers bas spin, induite par la lumière bleue est découverte et analysée comme étant due à une interaction à l'interface entre les molécules et les substrats métalliques, cette interaction apportant l’énergie nécessaire à cette transition.


  • Résumé

    This thesis is focused on the investigation of the magnetic properties of magnetic nanoparticles and spin crossover complexes assembled as monolayers on different metallic substrates by X-ray Absorption Spectroscopy (XAS) at the L₂,₃ edges of the metal atoms. We use X-ray Magnetic Circular Dichroism (XMCD) and X-ray Natural Linear Dichroism (XNLD) to do so. The simulation of the experimental data is carried out by Ligand Field Multiplet (LFM) calculations. This thesis is divided into two parts.The first part aims at studying the magnetic anisotropy of Prussian blue analog magnetic coordination nanoparticles that were assembled as a single layer on Highly Oriented Pyrolytic Graphite. XAS, XNLD and XMCD measurements disclose the presence of electronic and magnetic anisotropy by the opening of a magnetic hysteresis loop at low temperature. Combining experimental data with LFM calculations, we propose a structural model of the surface of the particles that allows accounting for electronic and magnetic anisotropy and that is proposed to be due to the single layer/vacuum interface.In the second part, thermal and light-induced spin crossover behavior of Fe(II) containing molecules have been assembled as a sub-monolayer on metallic substrates. Complementary LFM calculations and experimental XAS data allow unravelling the nature and the magnitude of the spin crossover as a function of the external stimuli (temperature, X-rays, blue and red light). An anomalous blue light effect allowing a crossover at low temperature from the high to low spin states is discovered and analyzed as being due to the interface between the molecules and the metallic substrates.



Le texte intégral de cette thèse sera accessible librement à partir du 16-02-2021


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