Etude de Composés Moléculaires Magnétiques Par - Gif-sur-Yvette, France - Université Paris-Saclay GS Physique

Description

**Etude de composés moléculaires magnétiques par diffusion des neutrons // Study of molecular magnetic systems using neutron scattering**:

- Réf **ABG-120570**
**ADUM-53423**
- Sujet de Thèse- 22/02/2024- Université Paris-Saclay GS Physique- Lieu de travail- Gif-sur-Yvette - France- Intitulé du sujet- Etude de composés moléculaires magnétiques par diffusion des neutrons // Study of molecular magnetic systems using neutron scattering- Mots clés- magnétisme moléculaire, Photomagnétisme, anisotropie magnétique, transitions de spin, diffraction des neutrons, spectroscopie des neutrons
- molecular magnetism, Photomagnetism, magnetic anisotropy, spin transitions, neutron diffraction, neutron spectroscopy**Description du sujet**:

- Le magnétisme moléculaire fait référence aux molécules comportant un ou plusieurs centres paramagnétiques, des ions de métaux de transition (TM) ou de lanthanides (Ln) en général. Ces ions magnétiques peuvent être en interaction ou non, peuvent posséder une anisotropie magnétique, peuvent subir une 'transition de spin' en fonction de la lumière et de la température, et un ordre magnétique peut se produire à basse température. La compréhension de leurs corrélations magnéto-structurelles est une question clé pour concevoir de nouvelles molécules modèles aux propriétés inédites.
- Parmi les composés moléculaires, une attention considérable a été portée sur les SMM (« single-molecule magnets »), qui sont des composés pouvant présenter une bi-stabilité magnétique de leur état fondamental (comme les fameuses molécules de Fe8 et de Mn12). Cela donne lieu à des phénomènes fascinants tels que la relaxation magnétique très lente, l'effet tunnel quantique, etc. et ouvre la voie à des capacités de stockage à haute densité, à la 'spintronique' mol
- culaire. Cependant, il reste encore des défis à relever. En particulier, il est nécessaire de comprendre les interactions magnétiques intermoléculaires, qui tendent à générer un ordre à longue portée, et les propriétés précises de l'anisotropie magnétique à l'échelle moléculaire. Deux aspects sont essentiels : l'amplitude et l'orientation des vecteurs d'anisotropie. Ces deux paramètres définissent les propriétés et, si l'on veut concevoir un système moléculaire de stockage d'information à température ambiante, l'obtention d'une forte anisotropie est cruciale.
- La caractérisation des propriétés magnétiques à l'échelle moléculaire nécessite des techniques adaptées. Plusieurs techniques sont actuellement utilisées pour étudier les propriétés magnétiques globales : magnétométrie, ESR. Cependant, ces techniques ne fournissent généralement que des informations partielles et moyennes. L'orientation relative complexe des molécules individuelles dans un cristal empêche souvent une mesure précise des termes magnétiques locaux à partir de ces méthodes. Seules quelques rares techniques permettent de sonder le magnétisme à l'échelle locale. L'une d'entre elles est la diffraction de neutrons polarisés (PND).
- La PND est certainement l'outil le plus efficace pour déterminer les structures magnétiques et les corrélations magnéto-structurelles. La PND est applicable aux monocristaux et, jusqu'à récemment, il n'était pas applicable aux poudres, ce qui le rendait inutilisable pour un grand nombre de matériaux très intéressants en raison de l'absence de monocristaux de taille suffisante. La PND, combinée à une nouvelle approche d'analyse, permet désormais de déterminer les vecteurs d'anisotropie magnétique locale sur les poudres, ce qui est actuellement impossible à l'aide d'autres techniques expérimentales. La combinaison de la magnétométrie, de la PND (détermination magnétique) et de la diffraction des rayons X (détermination structurelle) est donc idéale pour étudier les propriétés magnétiques.
- Par ailleurs, le phénomène de « transition de spin » dans les composés de métaux de transition a suscité beaucoup d'intérêt en raison du contrôle par des stimuli externes. Ils peuvent passer d'un état « Haut-Spin » à un état « Bas-Spin » sous l'effet d'un stimulus externe (température, lumière). Une partie importante du projet est le développement de dispositifs in situ pour explorer la transition de spin dans une variété de composés moléculaires (à base de Fe, Mn par exemple) et pour étudier leur état photo-excité par magnétométrie et diffusion de neutrons. De tels dispositifs ont été développés au LLB et seront déployés dans d'autres installations neutroniques. L'un des principaux objectifs est de maîtriser l'observation des excitations magnétiques dans les états photo-excités de ces composés moléculaires avec la même précision que pour les SMM tels que Mn12.
Molecular magnetism refers to molecules with one or several paramagnetic centers, Transition Metal (TM) or lanthanides (Ln) ions