Nouvelles molécules-aimants à base de Thulium

Résultat scientifique

Les molécules-aimants, capables de s’aimanter de manière isolée, pourraient présenter des applications potentielles très importantes pour le stockage d'informations à haute densité, l'informatique quantique ou la spintronique. Comme pour tous les aimants, leur aimantation finit par disparaître par relaxation magnétique. Plus l’aimantation disparaît lentement, meilleur est l’aimant, d’où l’importance de mieux comprendre les phénomènes qui contrôlent cette relaxation.

Un travail réalisé par des équipes du Laboratoire de chimie moléculaire - LCM (CNRS/Institut Polytechnique de Paris), de l’Institut de chimie physique - ICP (CNRS/ Université Paris-Saclay) et de l’Institut des sciences chimiques de Rennes (ISCR) montre que, pour une nouvelle molécule-aimant à base de thulium, plus les molécules sont isolées les unes des autres, plus leur relaxation magnétique est lente. Ces résultats, publiés dans la revue Angew. Chemie, vont permettre de développer de nouvelles stratégies de synthèse pour aller vers des molécules-aimants toujours plus performantes.

Les aimants sont omniprésents dans notre quotidien1. A la fin des années 90, les premières « molécules-aimant » sont apparues et font depuis l’objet de nombreuses recherches pour des applications potentielles en spintronique.

Rappelons qu’un aimant est un système qui, une fois aimanté sous l’action d’un champ magnétique, conserve cette aimantation en l’absence de champ. Cette situation est dite métastable, ce qui veut dire que l’aimantation finira par disparaître (phénomène dit de relaxation), mais au bout d’un temps très long. Ainsi, la durée de vie d’une information stockée sur un disque dur est de l’ordre de quelques dizaines d’années. Donc plus l’aimantation disparaît lentement, meilleur est l’aimant. Il est donc important de mieux comprendre les paramètres qui contrôlent cette relaxation pour orienter les synthèses vers des systèmes performants.

D’où les recherches menées par les scientifiques du Laboratoire de chimie moléculaire (LCM) et de l’Institut des sciences chimiques de Rennes (ISCR) sur une nouvelle molécule de type « sandwich » à base de thulium (le thulium se retrouve au milieu de deux larges molécules organiques mimant le pain dans un sandwich, voir image) ont mis à jour une molécule-aimant en l'absence de champ magnétique externe. Au-delà de la prouesse synthétique qui a permis d’obtenir ce système dans lequel le thulium est à un degré d’oxydation +2 tout à fait inhabituel pour cet atome, les équipes ont pu caractériser les facteurs contribuant à la relaxation magnétique, comme le spin du noyau atomique ou la dilution magnétique. En modifiant l’environnement proche de cette molécule, ils ont montré que plus les molécules étaient isolées les unes des autres, plus leur relaxation magnétique était lente. Résultats à retrouver dans la revue Angew. Chemie, qui vont permettre de développer de nouvelles stratégies de synthèse pour aller vers des molécules-aimants toujours plus performantes.

  • 1. On les trouve par exemple dans les moteurs électriques, les voitures, ordinateurs, cartes de crédit, téléphones, réfrigérateurs…
© Grégory Nocton

Référence

Jules Moutet, Jules Schleinitz, Léo La Droitte, Maxime Tricoire, Fabrice Pointillart,Frédéric Gendron, Thomas Simler, Carine Clavaguéra, Boris Le Guennic, Olivier Cador, Grégory Nocton

Bis-Cyclooctatetraenyl Thulium(II): Highly Reducing Lanthanide Sandwich Single-Molecule Magnets

Angew. Chem. 2021, 133, 6107-6111

https://doi.org/10.1002/ange.202015428

Contact :

Grégory Nocton, Chercheur CNRS en chimie organométallique au laboratoire LCM