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Posté par Redbran le Mardi 20/03/2018 à 12:00
Des molécules-aimants résistantes à l’air
Des chercheurs de l’Institut des Sciences Chimiques de Rennes (CNRS/Université de Rennes/ENSC Rennes/INSA Rennes) ont conçu une molécule-aimant au design inédit qui lui donne la capacité d’être manipulée à l’air. Publiés dans la revue Angewandte Chemie, ces résultats permettent d’envisager du stockage d’informations à une échelle nanométrique.

Comme son nom l’indique, la molécule-aimant est un aimant (Un aimant est un objet fabriqué dans un matériau magnétique dur, c’est-à-dire dont le champ rémanent et l'excitation coercitive sont grands (voir ci-dessous). Cela lui donne des...) formé d’une seule molécule. Elle a la capacité de garder une aimantation indépendamment de celles de ses voisines, au sein (Le sein (du latin sinus, « courbure, sinuosité, pli ») ou la poitrine dans son ensemble, constitue la région ventrale supérieure du torse d'un...) d’un même matériau. Elle ouvre ainsi des pistes dans le domaine du magnétisme moléculaire et du stockage d’information à une échelle très réduite. Mais les molécules-aimants les plus performantes sont pour la plupart instables en présence d’air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il est nécessaire de pressuriser...) et d’eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.). En collaboration avec l’équipe du Professeur Jeffrey R. Long (UC Berkeley), des chercheurs de l’Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter...) des Sciences Chimiques de Rennes (CNRS/Université de Rennes/ENSC Rennes/INSA Rennes) ont conçu une molécule-aimant plus résistante et manipulable à l’air.


Structure de la molécule-aimant avec le dysprosium en bleu ciel (Le ciel est l'atmosphère de la Terre telle qu'elle est vue depuis le sol de la planète.), le fluor (Le fluor est un élément chimique de symbole F et de numéro atomique 9. Il s'agit du premier élément de la famille des halogènes, de masse atomique 19.) en vert (Le vert est une couleur complémentaire correspondant à la lumière qui a une longueur d'onde comprise entre 490 et 570 nm. L'œil humain possède un...) et la direction privilégiée d’aimantation du système matérialisée par une flèche bleue.
©Lucie Norel

Pour cela, les scientifiques ont mis au point (Graphie) un design (Le design (la stylique en français) est un domaine visant à la création d'objets, d'environnements ou d'œuvres graphiques, à la fois fonctionnels, esthétiques et conformes aux...) original. Ils ont d’abord conçu une molécule contenant un atome (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps...) de dysprosium et un atome (Un atome (grec ancien ἄτομος [atomos], « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite...) de fluor. Ces deux atomes, associés pour la première fois dans une molécule-aimant, sont maintenus par une cage organique (La chimie organique est une branche de la chimie concernant la description et l'étude d'une grande classe de molécules à base de carbone : les composés organiques.) à base d’azote (L'azote est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole N et de numéro atomique 7. Dans le langage courant, l'azote désigne le gaz diatomique diazote N2, constituant majoritaire de...) et de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique...). Par une étude mêlant spectroscopie d’émission à très basse température, magnétométrie et calculs théoriques, ils ont établi que la très forte interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action...) existant entre le dysprosium et le fluor est essentielle pour l’obtention d’un comportement de molécule-aimant: les tests effectués montrent une aimantation toujours présente à -265°C.

Si une optimisation de la cage organique pourrait augmenter encore significativement cette température de fonctionnement, le design choisi présente surtout un avantage significatif en terme de conditions d’utilisation: la stabilité à l’air est cruciale pour une éventuelle mise en œuvre de ces matériaux moléculaires pour le stockage magnétique de l’information.

Ce travail a été développé dans le cadre du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande diversité de contribution,...) Photo-SMM (projet H2020, Action Marie S. Curie) qui vise à développer des molécules-aimants dont le magnétisme pourrait être contrôlé par une source de lumière. Plus faciles à manipuler et à étudier, ces molécules-aimants robustes à l’air devraient donc maintenant être adaptées pour permettre ce contrôle. Un pas significatif vers des mémoires de taille nanométrique.

Références publication:
Lucie Norel, Lucy Elizabeth Darago, Boris Le Guennic, Khetpakorn Chakarawet, Miguel Carlos Gonzalez, Jacob H. Olshansky, Stephane Rigaut, Jeffrey R. Long
A terminal Fluoride Ligand Generates Highly Axial Magnetic Anisotropy in Dysprosium Complexes
Angewandte Chemie International Edition – Janvier 2018
DOI: 10.1002/anie.201712139

Contact chercheurs:
Lucie Norel, ISCR UMR 6226, Université de Rennes 1

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Source: CNRS-INC