Insertion d'aimants moléculaires dans les nanotubes de carbone monofeuillets : étude des propriétés physiques

Insertion of single molecule magnet into single-walled carbon nanotubes : study of the physical properties

• Auteur / Autrice : Lola Miénné abbou
• Direction : Laurent Alvarez, Nicolas Izard
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique et Astrophysique
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2025
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Information, Structures, Systèmes
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : L2C - Laboratoire Charles Coulomb
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Axe de Recherche Nanostructures et Spectroscopies

Mots clés

Mots clés libres

Nanostructures 1D

Confinement

Spectroscopies

Nanomagnétisme

Confinment

Nanomagnetism

1D nanostructures

Spectroscopies

Résumé

Les matériaux magnétiques jouent un rôle important dans les technologies de stockage de l'information, les dispositifs de communication, la spintronique, l'informatique quantique et les équipements médicaux. Les exigences pour ces applications comprennent l'évolutivité et la haute densité, ce qui signifie nécessairement une petite taille, un stockage ou un transfert de données plus rapide, des signaux de sortie plus élevés, une faible consommation d'énergie, un faible coût et un contrôle reproductible des états magnétiques. Les aimants à molécule unique (SMM) sont des molécules qui présentent une hystérésis magnétique et une relaxation lente de leur magnétisation d'origine purement moléculaire. La nature moléculaire des aimants à molécule unique leur confère un attribut unique de magnétisme quantique qui pourrait permettre de stocker des informations à des densités beaucoup plus élevées et de les traiter à une vitesse sans précédent. Les nanotubes de carbone (CNT) ont été envisagés pour des applications spintroniques. Ils présentent une grande mobilité des électrons. En outre, les propriétés de transport des NTC sont très sensibles à l'inversion de l'aimantation lorsqu'ils sont remplis de nanoparticules de Co, ce qui offre la possibilité de lire les propriétés magnétiques des molécules confinées. Par conséquent, le confinement de SMMs dans des CNT est un moyen prometteur d'accorder l'organisation supramoléculaire vers des états fondamentaux magnétiques favorisés, à savoir un couplage d'échange plus fort et une température de blocage plus élevée. Cette étude vise à créer des aimants moléculaires 1D avancés en confinant des aimants moléculaires uniques (SMM) dans des nanostructures 1D, ce qui conduit à des aimants à chaîne unique (SCM@CNT) qui présentent des propriétés magnétiques mieux contrôlées et adressables. Les nanotubes de carbone monoparois (CNT) agissent comme des nanoconteneurs chimiquement et thermiquement inertes pour réaliser des arrangements moléculaires 1D qui ne sont pas possibles dans l'espace libre et pour contrôler les phénomènes coopératifs afin de favoriser de forts échanges inter et intramoléculaires et l'anisotropie magnétique. La conductivité électrique accordable des NTC rendra les SCM 1D électriquement accessibles grâce à la magnétoconductance. Les propriétés physiques du système hybride seront étudiées en fonction du diamètre des NTC et de la structure moléculaire du SMM. La spectroscopie Raman sera utilisée pour sonder les NTC et le SMM@1DS afin d'étudier les interactions physiques qui ont lieu entre le SMM confiné et les NTC. La spectroscopie de photomuminescence sera utilisée pour sonder les propriétés optiques.

Magnetic materials play an important role in information storage technology, communication devices, spintronic, quantum computing, medical equipment. The requirements for these applications include scalability and high density, which necessarily means small size, faster data storage or transfer, higher output signals, low power consumption, low cost and reproducible control of the magnetic states. Single-molecule magnets (SMM) are molecules that display magnetic hysteresis and slow relaxation of their magnetization of purely molecular origin. The molecular nature of SMM leads to unique attribute of quantum magnetism that may allow information to be stored with much higher densities, and to be processed at unprecedented speed. This study aims at creating advanced 1D molecular magnets by confining Single Molecular Magnets (SMMs) into 1D nanostructures, leading to single chain magnets (SCM@CNT) that exhibit better controlled and addressable magnetic properties. Single-walled carbon nanotubes (CNT) act as chemically and thermally inert nano-containers to realize 1D molecular arrangements that are not possible in free-space and to control cooperative phenomenon to favor strong inter and intramolecular exchange and magnetic anisotropy. Tunable electrical conductivity of CNT will further make the 1D SCMs electrically accessible through magnetoconductance. The hybrid system physical properties will be probed as a function of the CNT diameter and the molecular structure of the SMM. Raman spectroscopy will be used to probe CNT and SCM@CNT to investigate the physical interactions taking place between the confined SMM and the CNT. Photoluminescence experiments will be also carried out.