Aimants moléculaires à hautes températures de Curie

Molecule-based Magnets with high Curie Temperatures

• Auteur / Autrice : Katia Dujarric
• Direction : Corine Mathoniere
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physico-Chimie de la Matière Condensée
• Date : Inscription en doctorat le 20/11/2021
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Recherche Paul Pascal (Pessac ; 1963-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Materiaux Moléculaires et Magnétisme (M3)

Mots clés

Mots clés libres

Chimie de coordination

Propriétés électriques

Propriétés magnétiques

Relation structure/propriétés

Matériaux moléculaires

Magnetic properties

Coordination chemistry

Molecular materials

Electrical properties

Structure/properties relationship

Résumé

La quête de matériaux magnétiques haute performance est essentielle pour répondre à la demande du marché concernant le stockage de l'information ainsi que dans de nombreux autres domaines. Malgré leur utilisation technologique étendue, les aimants actuels ont plusieurs inconvénients, tels que la fabrication à forte consommation d'énergie et l'accès limité aux éléments clés. Ceci a conduit à un effort soutenu pour identifier de nouveaux matériaux magnétiques à base de molécules qui possèdent toutes les caractéristiques associé aux aimants traditionnels mais bénéficient des avantages de la chimie moléculaire. Par exemple, les aimants moléculaires peuvent être synthétisés dans des conditions douces et leur solubilité dans des solvants organiques permet pour le réglage et la modification post-synthétique de leurs propriétés physiques. Le groupe M3 du CRPP a récemment démontré que la post-modification d'un « polymère » de coordination 2D Cr(pyrazine)2Cl2 avec des agents réducteurs a conduit à un nouveau matériau aux propriétés très intéressantes. Le composé initial présente un ordre ferrimagnétique à 55 K (Nature Chemistry 2018, 10, 1056), alors que le matériau post-modifié est un aimant inférieur à 510 K, bien au-dessus de la température ambiante (Science, 2020, 370, 587). L'énorme augmentation de la température d'ordre magnétique s'explique par la génération de radicaux sur les ligands pyrazine dans le réseau 2D. Dans la continuité des travaux effectués dans le système Cr(pyrazine)2Cl2, ce projet de doctorat sera consacré à la conception de nouveaux aimants à haute Tc utilisant d'autres systèmes 2D M(pyrazine)2X2, M étant un ion métallique 3d et X = I, des anions Br ou des ligands à base d'O. Le génie chimique sera fortement guidé par des calculs théoriques effectués par nos collaborateurs.

The quest for high performance magnetic materials is essential to respond to the market demand in information storage as well as in many other domains. Despite their extensive technological use, the current magnets experience several drawbacks, such as high energy consuming fabrication and limited access to key elements. This has led to a sustained effort towards identifying new molecule-based magnetic materials that possess all the features associated with the traditional magnets but benefit from the advantages of molecular chemistry. For instance, molecule-based magnets can be synthesized in mild conditions and their solubility in organic solvents allows for the tuning and post-synthetic modification of their physical properties. The M3 group at the CRPP has recently demonstrated that the post modification of a 2D coordination “polymer” Cr(pyrazine)2Cl2 with reducing agents has led to a new material with very exciting properties. The initial compound shows a ferrimagnetic order at 55 K (Nature Chemistry 2018, 10, 1056), whereas the post-modified material is a magnet below 510 K, well above the room temperature (Science, 2020, 370, 587). The huge increase of the ordering temperature is explained by the generation of radicals on pyrazine ligands in the 2D network. As a continuation of the work done in the Cr(pyrazine)2Cl2 system, this PhD project will be devoted to the rational design of new high-Tc magnets using other 2D systems M(pyrazine)2X2, M being a 3d metal ion and X = I, Br anions or O-based ligands. The chemical engineering will be strongly guided by theoretical calculations carried out by our collaborators.