Les molécules-aimants s'organisent pour stocker l'information à l'échelle du nanomètre

Publié par Adrien le 31/12/2021 à 09:00
Source: CNRS INC
Pour faire face aux besoins croissants en stockage de données informatiques les chimistes sont parvenus à stocker l'information binaire à l'échelle de molécules individuelles appelées "molécules-aimants". Cependant, pour envisager leur insertion au sein de dispositifs, les molécules doivent pouvoir conserver l'information sans subir l'influence de celle portée par les voisines, ce qui nécessite de contrôler leur organisation (Une organisation est) au sein du matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne...). Défi relevé par des scientifiques du Centre de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) Paul Pascal (CNRS / Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) de Bordeaux)et de l'Université de Canterbury en Nouvelle-Zélande (La Nouvelle-Zélande est un pays de l'Océanie, au Sud-Ouest de l'océan Pacifique,...) qui montrent comment des caténanes magnétiques, structures mécaniquement imbriquées, permettent cette organisation de molécules-aimants au sein d'édifices complexes tridimensionnels. Ces résultats font l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans...) d'une publication dans la revue Angewandte Chemie.


© Rodolphe Clérac

Comme son nom l'indique, une molécule-aimant est un aimant (Un aimant est un objet fabriqué dans un matériau magnétique dur, c’est-à-dire dont le...) formé d'une seule molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui...). Sous l'action d'un champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux...), son aimantation peut présenter deux états adressables. Il est possible de passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques...) réversiblement d'un état à l'autre ce qui confère à cette molécule-aimant un effet mémoire (L'effet mémoire est un phénomène physico-chimique affectant les performances des accumulateurs...). D'où l'intérêt des spécialistes du magnétisme (Le magnétisme est un phénomène physique, par lequel se manifestent des forces...) moléculaire pour ces objets qui pourraient permettre dans le futur le stockage d'information binaire, voire quantique, à une échelle très réduite.

Au sein d'un même matériau ou d'un dispositif de stockage, chaque molécule-aimant doit être capable de conserver son état magnétique sans subir l'influence de celle de ses voisines, condition essentielle si l'on veut contrôler l'information stockée sur chaque molécule. Il est donc nécessaire de maîtriser leur organisation de manière à ce que l'on puisse assigner individuellement un bit d'information à une molécule-aimant donnée (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...).

Aujourd'hui, on sait isoler les molécules-aimants les unes des autres en les déposant sur des surfaces. Mais, pour parvenir à une miniaturisation plus importante encore, il faut dépasser cet arrangement (La notion d'arrangement est utilisée en probabilités, et notamment pour les...) bidimensionnel pour atteindre une organisation tridimensionnelle, avec un contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de...) parfait de l'arrangement des molécules dans les trois directions de l'espace.

Grâce à la flexibilité de la chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à...) de coordination,* des scientifiques du Centre de recherche Paul Pascal (CNRS / Université de Bordeaux) et de l'Université de Canterbury en Nouvelle-Zélande viennent de démontrer qu'il est possible d'organiser des molécules-aimants dans des constructions moléculaires d'une grande complexité (La complexité est une notion utilisée en philosophie, épistémologie (par...), comme un caténane** résultant de l'auto-assemblage de 8 molécules-aimants à base d'ions cobalt(II). Cette architecture (L’architecture peut se définir comme l’art de bâtir des édifices.) complexe en catenane présente deux carrés imbriqués l'un dans l'autre dont chaque sommet est une molécule-aimant isolée de ses voisines (figure ci-dessus). On peut donc penser que dans le futur, les chimistes de coordination pourront réellement répondre à n'importe quel type d'organisation nécessaire aux applications des molécules-aimants.

Les résultats, publiés dans la revue Angewandte Chemie, montrent la puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) de la chimie de coordination pour répondre aux défis technologiques liés à la miniaturisation des systèmes de stockage de l'information.

Notes:

(*) Les composés de coordination sont issus d'une qui permet d'organiser de façon contrôlée des ions métalliques (cobalt, fer, cuivre (Le cuivre est un élément chimique de symbole Cu et de numéro atomique 29. Le cuivre...)...) en utilisant des petites molécules organiques appelées ligands.

(**) Assemblage moléculaire constitué de "macrocycles", objets moléculaires cycliques, engagés les uns dans les autres à la manière des maillons d'une chaîne.

Référence:
Benjamin H. Wilson, Jas S. Ward, David C. Young, Jun-Liang Liu (Liu (chinois : 柳宿, pinyin : liǔ xiù) est une loge lunaire de...), Corine Mathonière, Rodolphe Clerac & Paul E. Kruger.
Self-assembly synthesis of a [2]catenane Co(II) single-molecule magnet
Angew. Chemie Int. Ed. (2021)
https://doi.org/10.1002/anie.202113837
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