Purification de nanotubes de carbone mono paroiGreffage d'objets magnétiques pour des applications en spintronique

Purification of single wall carbon nanotubes. Assembly of magnetic objects for spintronics applications

• Auteur / Autrice : Gaëlle Charron
• Direction : Talal Mallah
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nanotubes

Spintronique

Purification

Mots clés libres

Swnts

Spintronics

Non-covalent functionalization

Résumé

La spintronique moléculaire est un domaine émergeant de l’électronique moléculaire qui s’attache à encoder l’information sous forme de spin. A ce jour, quelques dispositifs magnétiques à base de jonction à cassure ont été décrits et ont conduit à l’observation de phénomènes intéressants, tels que l’effet Kondo. Leur compréhension est cependant entravée par des incertitudes sur la nature des espèces présentes dans la jonction. Les nanotubes de carbone suscitent un vif intérêt en spintronique moléculaire du fait de leur grande cohérence de spin. Ce travail a consisté en la conception d’adduits SWNTs–objets magnétiques pour des applications en spintronique. Les adduits ont été extensivement caractérisés afin de contôler les propriétés des objets à intégrer dans les futurs transistors. Les SWNTs commerciaux contiennent environ 20% d’impuretés magnétiques. Afin d’étudier les propriétés magnétiques des adduits, nous avons développé une méthode de purification conduisant à de très hauts taux de pureté, et permettant la détection du signal magnétique de molécules greffées sur les nanotubes. Les SWNTs purifiés ont été fonctionnalisés suivant des schémas non covalents préservant l’intégrité des propriétés électroniques des nanotubes. Les systèmes magnétiques considérés comprennent des polyoxométalates, des nanoparticules de réseau de coordination et des complexes comportant un large groupement aromatique. Dans certains cas, une influence des nanotubes sur les propriétés magnétiques des molécules a été mise en évidence. Ces systèmes constituent à ce titre des candidats prometteurs pour applications en spintronique.

Molecular spintronics is an emerging field of molecular electronics addressing the encoding of information with spins instead of charges. To date, few devices based on break junction techniques have been reported. They display interesting phenomena such as Kondo effect or quantum tunneling of the magnetization. However, quantitative explanation of the transport properties are often limited by uncertainties on the nature of the species within the junction. Recently, the use of carbon nanotubes as molecular wire for spintronics transistors has attracted much attention because of their large spin coherence length. The present work aimed at assemble magnetic objects on SWNTs for spintronics applications. These assemblies have been extensively characterized in bulk material in order to get a detailed picture of the magnetic objects to be integrated in future transistors. To study their magnetic properties, one needs to achieve a high quality purification of SWNTs, which contain about 20% of magnetic impurities as raw material. We developed such a purification and suggested a mechanism for the removing of magnetic impurities. The purified SWNTs have been functionalized with magnetic objects, following non-covalent schemes that preserve the electronic properties of the molecular wire. Three magnetic systems have been selected, including polyoxometalate, coordination nanoparticles and complexes bearing large aromatic moieties. In some cases, an electronic communication between the nanotube and the grafted object was evidenced, that led to a modulation of its magnetic properties. Hence, the assemblies developed in this work hold great promise for future spintronics devices.