Mesurer simultanément température et champ magnétique

Publié par Redbran le 12/11/2021 à 13:00
Source: CNRS INC
Les capteurs sont devenus des objets omniprésents de notre quotidien. Concevoir des sondes qui peuvent mesurer simultanément différentes grandeurs physiques est autant un défi scientifique qu'un enjeu socio-économique. En exploitant la flexibilité de la chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à...) moléculaire, des scientifiques de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) Charles Gerhardt de Montpellier (CNRS/Université de Montpellier/ENSCM) ont synthétisé une molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui...) qui permet, par simple mesure de ses propriétés de luminescence (La luminescence est une émission de lumière dite "froide", par opposition à l'incandescence qui...), d'accéder simultanément à la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) et au champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux...) du milieu dans lequel elle est introduite. Ces travaux sont publiés dans la revue Advanced Optical Materials.


Molécule-aimant à base de Dy(III): premier capteur optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement...) capable de sonder simultanément la température et l'intensité du champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) magnétique en utilisant la spectroscopie de photoluminescence. Reproduced from Adv. Optical Mater. 2021, 2101495.
© 2021 Wiley‐VCH GmbH.

80 % du marché mondial des capteurs est dédié aux sondes de températures. La miniaturisation de ces capteurs à l'échelle submicro ou nanométrique est essentielle pour leur utilisation dans des dispositifs électroniques ou en médecine (La médecine (du latin medicus, « qui guérit ») est la science et la...). Des molécules luminescentes susceptibles de sonder la température ont ainsi été développées, la mesure étant réalisée par spectroscopie de photoluminescence. Toutefois, la mesure simultanée par un même matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne...) d'autres grandeurs physiques que la température, comme par exemple le champ magnétique, n'a que rarement été étudiée dans ces systèmes.

Accéder à ces deux grandeurs par une mesure unique est essentiel pour plusieurs types d'applications comme le calcul quantique, où l'état des molécules dépend à la fois de la température et du champ magnétique, ou encore la réfrigération magnétique. L'utilisation de ce type de capteurs comme agents de contraste pour l'IRM en biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant....) est également envisagée.

En utilisant les concepts de la chimie moléculaire, des chercheurs de l'Institut Charles Gerhardt de Montpellier (CNRS/Université de Montpellier/ENSCM), en collaboration avec une équipe Portugaise (Université d'Aveiro) et une équipe Belge (Université de Louvain), ont montré qu'une molécule à base d'ion (Un ion est une espèce chimique électriquement chargée. Le terme vient de l'anglais,...) dysprodium(III) pouvait détecter simultanément la température et le champ magnétique, dans les mêmes conditions opératoires, via une simple mesure d'un spectre de luminescence. Ils ont découvert que cette propriété était liée à la réponse particulière du nuage (Un nuage est une grande quantité de gouttelettes d’eau (ou de cristaux de glace) en...) électronique du dysprosium(III) à la présence du champ magnétique.

A la fois thermomètre (Un thermomètre est un appareil qui sert à mesurer et à afficher la valeur des...) moléculaire et magnétomètre (Un magnétomètre est un appareil qui sert à mesurer l'aimantation d'un système. Il en existe...), ce système représente le premier capteur (Un capteur est un dispositif transformant l'état d'une grandeur physique observée en une...) optique pour la mesure simultanée de ces deux grandeurs physiques. Ces résultats, parus dans la revueAdvanced Optical Materials, ouvrent des perspectives pour de nombreuses applications dans le domaine de la spintronique ou en nanomédecine.

Référence:
R. A. S. Ferreira, E. Mamontova, A. M. P. Botas, M. Shestakov, J. Vanacken, V. Moshchalkov, Y. Guari, L. F. Chibotaru, D. Luneau, P. S. André, J. Larionova, J. Long & L. D. Carlos.
Synchronous Temperature and Magnetic Field Dual-Sensing by Luminescence in a Dysprosium (Le dysprosium est un élément chimique, de symbole Dy et de numéro atomique 66.) Single-Molecule Magnet
Adv. Opt. Mater. 2021
10.1002/adom.202101495
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