Synthèse et étude de nouveaux matériaux hybrides magnétiques : Vers des systèmes cristaux liquides – MagnLC

Dans le domaine des cristaux liquides, l’introduction d’ions métalliques dans les objets mésogènes a suscité un grand engouement durant les dernières décennies. Cette activité de recherche a notamment été motivée par la possibilité d’orienter plus facilement les mésophases sous champ magnétique. La stratégie mise en œuvre a été alors de fonctionnaliser les molécules organiques mésogènes par des groupements coordinants afin d’accrocher l’ion métallique. Dans le domaine des matériaux moléculaires, l’approche choisie pour conférer des propriétés mésomorphes aux systèmes est en quelque sorte inverse de celle utilisée pour les cristaux liquides. En effet, la stratégie déployée est de modifier les objets moléculaires en fonctionnalisant leur partie organique (les ligands) par des groupements connus pour induire des phases cristal-liquide. Dans le projet nous utilisons cette deuxième approche pour designer de nouveaux hydrides magnétiques possédant des propriétés cristal-liquide.

Dans ce projet, nous développons des hydrides magnétiques à partir de complexes moléculaires connus, appartement aux familles des molécule-aimants, des composés à conversion de spin ou des systèmes à transfert d’électron. En particulier, nous travaillons sur le complexe dodecanucléaire [Mn12O12(OAc)16(H2O)4] qui est probablement la molécule-aimant la plus connue et étudiée. En remplacent les seize ligands acétate par des ligands mésogènes, nous avons obtenu de nouveaux hybrides magnétiques qui s’auto-organisent dans des mésophases cubiques ou smectiques intéressantes. Nous travaillons à l’heure actuelle sur de nouvelles stratégies de fonctionnalisation, afin d’induire de nouveaux comportements mésomorphes tels que des phases nématiques ou colonnaires.
Nous travaillons également sur des composés à conversion de spin tels que le polymère de coordination [Fe(RTrz)3](A)2 (avec RTrz = 4-substituant-1,2,4-triazole; A = anion monovalent). Nous avons par le passé montré la possibilité d’auto-organiser ces complexes sous formes de gels physiques ou de cristaux liquides. Nous appliquons à l’heure de nouvelles stratégies de design des ligands afin améliorer les propriétés mésogènes et magnétiques de ces matériaux.

Pour la suite de ce projet, nous planifions de poursuivre notre travail sur le design des hybrides magnétiques basés sur les complexes [Mn12O12(RCOO)16(H2O)4] et [Fe(RTrz)3](A)2. Nous projetons également d’étendre nos études à d’autres systèmes moléculaires, notamment à d’autres composés à conversion de spin et à des complexes à transfert d’électron.

Deux articles sont en cours de préparation pour publication des journaux à comité de lecture

L’objectif du projet MagnLC est de développer et étudier des matériaux moléculaires magnétiques possédant des propriétés cristal-liquides. Depuis plusieurs décennies, les matériaux moléculaires magnétiques suscitent un grand intérêt de par leurs propriétés physiques originales et applications potentielles. En effet, ces composés peuvent présenter des propriétés magnétiques rares ou inconnues dans les matériaux inorganiques traditionnels comme les phénomènes de conversion de spin, le photomagnétisme ou encore les comportements de molécule- ou chaîne-aimant. Ainsi, ces objets magnétiques ont été proposés comme candidats potentiels pour diverses applications notamment dans les dispositifs de stockage de l’information où ceux-ci donnent l’espoir de réduire la taille des unités de mémoire magnétique à l’échelle du nanomètre voir à l’échelle moléculaire. Si ces propriétés et leurs potentialités sont bien réelles, il est souvent difficile de passer à l’étape suivante qui consiste à mettre en forme le matériau. Il apparaît donc aujourd’hui capital d’orienter une partie des efforts de recherche vers l’organisation de ce type de composés en vue de futures applications. Une solution intéressante consiste à utiliser l’auto-organisation de la matière au sein de systèmes fluides comme les gels ou cristaux liquides. Le projet MagnLC prend place dans ce domaine en émergence. Nous proposons de développer et d’étudier de nouveaux hybrides magnétiques dans lesquels des composés moléculaires magnétiques bien connus seront chimiquement modifiés afin de leur conférer des propriétés mésogènes. Cette stratégie sera appliquée à différents composés magnétiques, incluant des molécule-aimants (en particulier le complexe dodecanucléaire [Mn12O12(OAc)16(H2O)4]) et des composés à conversion de spin tels que le polymère de coordination [Fe(RTrz)3](A)2 (avec RTrz = 4-substituant-1,2,4-triazole; A = anion monovalent) et le complexe [Fe(bpy)2(X)2] (avec bpy = 2,2-bipyridine, X = anion monovalent). Tous ces systèmes possèdent des propriétés et potentialités qui ont déjà été mises en valeur à travers de nombreuses études. Ces travaux permettront une valorisation importante de ces objets magnétiques et une contribution visible pour ce domaine de recherche émergent.

Ce projet de recherche fondamentale qui impliquera une interdisciplinarité importante sera effectué au Centre de Recherche Paul Pascal (CRPP, CNRS, UPR-8641) dans le groupe Matériaux Moléculaires Magnétiques (M3) qui représente un environnement idéal en termes de moyens techniques et d’expertise scientifique pour la réalisation de telles recherches.