Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux d'Orsay

Laboratoire de Chimie Inorganique - LCI

Nanosystèmes Magnétiques

Talal Mallah, Laure Catala
Yoann Prado, Florence Volatron, Gurvan Magadur, Youssouf Raza


 

Nanoparticules de coordination

Objectifs : contrôler la croissance  à une échelle nanométrique de réseaux de coordination  et étudier l’effet de réduction de la taille sur les propriétés.

Les premiers essais au sein de notre équipe ont porté sur les réseaux de coordination à ponts cyanure (qui comprennent les analogues de bleus de Prusse) dont les propriétés magnétiques peuvent être modulées par application d’un champ magnétique, d’une irradiation lumineuse ou de la pression.  La réduction de taille sur ces systèmes permet d’étudier un type nouveau de nanoparticules bistables et d’établir la relation entre taille et propriétés de ces nanoobjets. Deux techniques ont été mises en œuvre pour bloquer la croissance des particules : la synthèse en microémulsion et assistée par la polyvinylpyrrolidone (PVP).

 

Fig. 1 a) Nanoparticules de Ni3[Cr(CN)6]2•xH2O visualisées par MET. b) M=f(H) à différentes températures.

 

Quelques exemples

Par ces méthodes, il est possible d’isoler des nanoparticules redispersables de 3 nm du composé Ni3[Cr(CN)6]2•xH2O (Fig 1) et de 7 nm du composé CsNi[Cr(CN)6] diluées dans du PVP. Ces deux échantillons ont un comportement superparamagnétique avec une température de blocage TB = 7 K et 9 K respectivement.

Un autre exemple est l’obtention de nanoparticules photomagnétiques fortement anisotropes du système Cu2Mo(CN)8. L’irradiation des particules induit un transfert d’électrons du MoIV vers le CuII. de manière complète dans le cas des nanoparticules tandis qu’elle atteint autour de 75% pour le composé massif.

 

 

 Fig. 2. Nanobâtonnets de Cu2Mo(CN)8(PVP)7.11 H2O observés par STEM

 

Références 

- L. Catala, T. Gacoin, J. -P. Boilot, É. Rivière, C. Paulsen, E. Lhotel, T. Mallah, Adv. Mater.,2003, 15, 826.
- L. Catala, C. Mathonière, A. Gloter, O. Stephan, T. Gacoin, J. -P. Boilot, T. Mallah, Chem. Commun., 2005, 6, 746.

Collaborations

-  A. Gloter, O.Stephan, Laboratoire de Physique des Solides, UMR CNRS 8502, Université de Paris -Sud, F -91405 Orsay Cedex, France,
- G. Rogez, Institut de Chimie et Physique des Matériaux de Strasbourg, ,UMR ULP -CNRS 7504, BP 43, 23 rue du Loess, 67034 Strasbourg cedex 2.
- T. Gacoin, J. -P. Boilot, Groupe de Chimie du Solide, Laboratoire de Physique de la Matière Condensée, UMR CNRS 7643, École PolytechniqueF -91128 Palaiseau, France
- Corine Mathonière, ICMCB, Université Bordeaux I, 87 avenue du Docteur Albert Schweitzer,  F -33 608 PESSAC Cedex,France.

 

Nanoaimants moléculaires et Chimie de surface

Within the general frame “Nanoscience”, we are exploring the behaviour of single molecule magnets chemically grafted onto surfaces. This approach opens the possibility to obtain well separated nanoobjects, strongly bonded to different substrates such as silicon, silicon dioxide and niobium.
It is thus possible to isolate a single molecule, allowing the magnetic study of single molecular objects. Moreover, within a chemical environment very different from the one observed in the crystalline state, new magnetic properties might be expected.
The activities of our group are pided according to the two following guidelines.
The first one is the synthesis of the molecular complexes to be grafted onto the surfaces. We are especially interested in the so -called “Mn12” cluster, due to its unique combination of chemical properties (stability, solubility, easy synthesis, possible chemical modifications without altering the magnetic behaviour) and magnetic characteristics (single molecule magnet) (figure1).

 

 

Figure 1 : general structure of the Mn12 molecular cluster

 

The second one is surface chemistry. In order to insure a specific chemical bonding between the substrate and the molecular complex, the surfaces are first modified by formation of a carboxylic acid self assembled monolayer (SAM). A specific surface chemistry was developed for each substrate, taking into account the chemical nature of the reactive sites on the surface.
The Mn12 clusters are then chemically grafted onto these carboxylic acid functionalized surfaces. The reaction proceeds via a ligand exchange reaction between the carboxylate ligands around the manganite core of the complex, and the carboxylic acids groups from the surface (figure 2).

 

Figure 2 : grafting of a Mn12  monolayer onto silicon surfaces

Each steps of this process is fully characterized by XPS, ATR, PM -IRRAS, X -Ray reflectivity, ellipsometry, and AFM. Figure 3 shows an AFM image of the  Mn12 clusters self assembled monolayer.

 

Figure 3 : AFM imaging (2 nm curvature tip) of a Mn12  monolayer grafted onto a  silicon surface

 

Projets

 

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