Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux d'Orsay

Laboratoire de Chimie Inorganique - LCI

De la commutation moléculaire aux nanodispositifs pour l’électronique

Anne Bleuzen, Marie-Laure Boillot,Giulia Fornasieri
Antoine Tissot, Merwen Aouadi, Julien Lejeune


Projets :

 

La transformation de solides moléculaires par la lumière constitue une voie prometteuse pour l’élaboration de mémoires optiques haute-densité dans lesquelles un bit d’information serait stocké à l’échelle d’une molécule ou d’une particule. Dans cet objectif, il est nécessaire d’une part de parfaitement comprendre les processus photo-induits dans les matériaux moléculaires commutables et d’autre part de les intégrer dans de réels dispositifs. Nos objectifs pour les quatre années à venir s’articulent autour de ces deux axes de recherche.

Commutation moléculaire à l’état solide (M.-L. Boillot ; A. Bleuzen).

 

Les composés commutables sous l'effet de différents stimuli (T, P, hn, H) désignés dans la littérature comme les plus prometteurs sont : les composés à transition de spin et les analogues du bleu de Prusse. Depuis plusieurs années nous contribuons à l’étude fondamentale de ces systèmes et nos objectifs dans ce domaine sont aujourd’hui les suivants :

1- Etude de molécules modèles pour des mémoires optiques à lecture non destructive.

Le couplage entre la transition de spin d’un ion métallique et une réaction photochimique du ligand (effet LD-LISC) permet de contrôler l’état de spin du composé sous lumière et conduit à des systèmes photomagnétiques bistables à l’échelle moléculaire (coll. Y. Pei). L’objectif poursuivi est de mettre en forme les composés et d’étudier les processus en milieu polymérique. Leurs propriétés dynamiques sont actuellement examinées par des techniques optiques impulsionnelles fs (projet DFG, H. Roskos, Francfort).

2- Elaboration et l’étude de nanoparticules de composés à transition de spin .

L’objectif est ici de comprendre les questions soulevées par la miniaturisation de solides moléculaires bistables, ou de réaliser des phototransformations plus efficaces. Pour cela, nous avons adapté aux composés à transition de spin, une méthode de préparation de nanoparticules organiques dans un gel de silice. Les premiers résultats sont encourageants car des transitions photo-induites (de type LIESST) ont été observées dans des films de silice dopés de particules. Ce sujet sera développé avec l’insertion et l’étude de quelques systèmes à transition coopérative ou à effet LIESST.

3- Etude de la commutation de composés à l’état solide.

Nous poursuivrons le travail engagé notamment sur les complexes de type Fe(III)-Catécholate. La délocalisation électronique due au transfert de charge Cat ® Fe(III) est actuellement étudiée par spectrométrie Mössbauer sous champ magnétique appliqué et des calculs DFT des tenseurs g (Coll. E. Münck, Pittsburgh, US; J.-M. Mouesca, Grenoble). Les techniques ultra-rapides de diffraction des RX et absorption UV-Vis (coll. E. Collet, Rennes) appliquées à un solide cristallin de cette série ont révélés en particulier, l’existence d’un processus ultra-rapide (sub-ps) dans la photocommutation de spin. A partir de ce résultat très prometteur, nous souhaitons explorer les mécanismes de désactivation, les effets d’interaction à longue portée de nature élastique, la relation entre transition de phase et commutation moléculaire. Nous élaborerons des composés dont les caractéristiques sont compatibles avec les expériences résolues en temps.

En ce qui concerne les analogues du bleu de Prusse, l’origine de leurs propriétés de commutation n’est toujours pas totalement comprise en partie car ces composés présentent un certain degré de désordre (présence de lacunes en hexacyanométallates, présence de cations alcalins en proportion variable, présence de molécules d’eau de différentes natures, géométrie variable des ponts cyanates…). Pour avancer dans la compréhension de ces systèmes, il est nécessaire de relier précisément leurs propriétés à la structure. Les études sous pression sont en général riches d’information sur la structure des solides et les interactions dans la matière. Nous avons montré récemment comment une déformation piézo-induite de la structure de deux analogues CoFe du bleu de Prusse permettait d’identifier les points forts et les points faibles de celle-ci. Sur la base de ces résultats très prometteurs, nous étudierons une large famille d’analogues de bleu de Prusse par diffraction et absorption des rayons X (projet SOLEIL, coll. J.-P. Itié, F. Baudelet, SOLEIL).

Des calculs théoriques sur ces systèmes démarrent pour vérifier certaines de nos hypothèses en relation avec la structure des composés (coll. V. Robert et B. le Guennic, ENS Lyon). 

 

Nanodispositifs pour l’électronique par voie de chimie douce. (A. Bleuzen ; G. Fornasieri)

 

Nos projets ont ici pour but l’élaboration de nano-composants modèles de dispositifs pour l’électronique par voie de chimie douce. Pour cela, deux chimies complémentaires seront mises en œuvre. L’une présente un fort potentiel pour l’élaboration d’objets à propriétés électroniques multiples (optique, magnétique, électrique…) : chimie des cyano-métallates ou dérivés du bleu de Prusse. L’autre est bien connue pour son exceptionnelle richesse de mise en forme : chimie des oxo-métallates ou chimie sol-gel. Nos objectifs sont les suivants :

Le caractère ambidente du pont cyanure permet d’agencer de manière bien définie des cations métalliques variés dans une structure cristallisée. C’est grâce à cette versatilité que des dérivés du bleu de Prusse présentant des propriétés électroniques nouvelles et potentiellement utilisables dans l’industrie électronique ont été synthétisés au cours des dernières années et seront synthétisés dans les années futures. Nos objectifs sont :

En s’appuyant sur nos connaissances de la chimie et des propriétés des analogues bleu de Prusse et en l’étendant à d’autres analogues :

1- L’élaboration d’analogues du bleu de Prusse commutables à température ambiante.

2- L’élaboration et l’étude de dérivés du bleu de Prusse susceptibles de combiner de nouvelles propriétés (magnétique/optique/ferroélectrique) potentiellement utilisables dans l’industrie électronique.

La chimie sol-gel en présence d’agent structurant permet des mises en forme multi-échelle. A l’échelle macroscopique des monolithes sont obtenus par moulage, des films par dépôt, des fibres par extrusion, des sphères par atomisation... L’utilisation d’agent structurant permet en plus, un parfait contrôle de la porosité à l’échelle nanoscopique (mésoporosité parfaitement organisée et calibrée en taille de pores). Cette chimie sera mise en œuvre pour élaborer des nanocomposites Oxo/Cyano-métallates multifonctionnels dont la mise en forme rend possible l’exploitation des propriétés électroniques. L’élaboration de nano-composites ‘gel de  silice/ABP’ a été réalisée avec succès, nos prochains objectifs sont :

3- L’élaboration de nano-composites oxyde mésoporeux/ABP dans lesquels les objets fonctionnels présenteront une taille contrôlée et une organisation dans la matrice hôte contrôlées par la porosité de la matrice sous forme de poudres (coll. B. Lebeau, LMPC, Mulhouse), monolithes et films (coll. C. Sanchez, D. Grosso, LCMC, Paris).

4- L’étude des propriétés électroniques (photomagnétiques ou magnétiques) des nanocomposites en fonction de la taille des objets, de leur confinement et de leur organisation dans la matrice hôte.

5- L’élaboration de films nanocomposites oxyde nanostructuré/ABP interactifs dans lesquels la matrice oxyde est rendue conductrice, semi-conductrice ou magnétique, l’ABP magnétique ou photomagnétique suivie de l’étude de l’interaction entre les propriétés des deux composants (coll. C. Sanchez, D. Grosso, LCMC, Paris).

 

 

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