Le plus petit système magnétique à transfert de charge dévoilé
Publié par Redbran le 19/04/2019 à 14:00
Source: CNRS INC

En combinant des méthodes expérimentales de pointe (spectroscopie en rayonnement synchrotron), des chercheurs de l'Institut de minéralogie, de physique des matériaux et de cosmochimie (Sorbonne Université / CNRS / MNHN / IRD), en collaboration avec l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) de chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec...) de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide,...) condensée de Bordeaux (CNRS / Université de Bordeaux (Cette page est consacrée au PRES Université de Bordeaux. Pour les pages sur les universités, voir Université Bordeaux I, Université Bordeaux II, Université Bordeaux III,...) / Bordeaux INP) et le Centre de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la...) Paul Pascal (CNRS / Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa...) de Bordeaux), décrivent pour la première fois les propriétés électroniques du plus petit système moléculaire présentant un transfert de charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un paiement ou un bénéfice non pécuniaire pour être transporté.) entre un site donneur et un site accepteur, sous l'influence de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet)...) et de la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est...). Publiés dans la revue Journal of the American Chemical Society, ces travaux fondamentaux marquent une étape importante dans le domaine de la spintronique moléculaire et dans l'élaboration des futurs (Futurs est une collection de science-fiction des Éditions de l'Aurore.) ordinateurs quantiques.

Pour améliorer les capacités de calculs et de résolution de problèmes des ordinateurs actuels, les chercheurs tentent depuis quelques années de concevoir des ordinateurs basés non plus sur la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la connaissance de la...) classique mais sur la physique quantique.

Pour mettre au point (Graphie) ces ordinateurs quantiques, il faut au préalable élaborer des composants de taille nanométrique dotés de propriétés magnétiques qui soient modulables par des paramètres extérieurs, comme la lumière par exemple. Le but étant de s'affranchir d'une modulation par le courant électrique (Un courant électrique est un déplacement d'ensemble de porteurs de charge électrique, généralement des électrons, au sein d'un matériau conducteur. Ces déplacements sont imposés...) qui provoque des problèmes de surchauffe (La surchauffe est une opération physique qui a lieu dans un moteur à vapeur.) proportionnels à la miniaturisation des composants.

Dans le cadre d'une collaboration de longue date, des chercheurs de l'Institut de minéralogie, de physique des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) et de cosmochimie, de l'Institut de chimie de la matière condensée de Bordeaux et du centre de recherche Paul Pascal ont caractérisé une molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui peut exister à l'état libre, et qui représente la plus petite quantité de matière possédant les propriétés...) formée d'un atome (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner...) de fer (Le fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le métal de transition et le matériau ferromagnétique le...) et d'un atome (Un atome (grec ancien ἄτομος [atomos], « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple...) de cobalt liés par un pont (Un pont est une construction qui permet de franchir une dépression ou un obstacle (cours d'eau, voie de communication, vallée, etc.) en passant par-dessus cette...) chimique et entourés de molécules organiques présentant plusieurs niveaux de stabilité magnétique (1). A l'instar des autres analogues de bleu (Bleu (de l'ancien haut-allemand « blao » = brillant) est une des trois couleurs primaires. Sa longueur d'onde est comprise approximativement entre 446 et 520 nm. Elle varie en luminosité du cyan à une teinte plus sombre...) de Prusse dont elle représente l'élément de plus petite taille, cette molécule possède en effet une bistabilité magnétique induite par la température et par la lumière, soit la capacité de commuter entre deux états magnétiques stables, tel est un interrupteur (Un interrupteur (dérivé de rupture) est un dispositif ou organe, physique ou virtuel, permettant d'interrompre ou d'autoriser le passage d'un flux. Il ne faut pas confondre...) ON-OFF.

Par une approche totalement inédite aussi bien en Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un continent à part entière, mais aussi comme...) que dans le monde (Le mot monde peut désigner :), basée sur des expériences de spectroscopie sous rayonnement synchrotron (Synchrotrons, synchro-cyclotrons et cyclotrons réfèrent à différents types d'accélérateurs circulaires.) (2), les chercheurs ont réussi à mesurer directement les propriétés électroniques et magnétiques de cette molécule, summum de la miniaturisation des bleus de Prusse. En scrutant les mécanismes de transfert d'électron (L'électron est une particule élémentaire de la famille des leptons, et possèdant une charge électrique élémentaire de signe négatif. C'est un des composants de l'atome.) se produisant entre chaque atome métallique (fer et cobalt) et de réorganisation des spins, ils ont déterminé à l'échelle de la molécule la façon dont le magnétisme (Le magnétisme est un phénomène physique, par lequel se manifestent des forces attractives ou répulsives d'un objet sur un autre, ou avec des charges...) est modifié par la température et la lumière.


Représentation des différents états magnétiques de la molécule à transfert de charge photo- et thermo-induit, ainsi que les signatures spectrales associées qui traduisent le transfert d'électron entre les atomes de fer et de cobalt. © Dr. Marie-Anne Arrio, CNRS

Ces mécanismes désormais maîtrisés, les chercheurs envisagent la prochaine étape: déposer plusieurs de ces molécules sur une surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique,...), les organiser en réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un petit filet), on appelle...) et parvenir à piloter leurs propriétés d'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble),...). Si ces travaux marquent une étape importante pour le développement des futurs composants des ordinateurs quantiques, ils fournissent aussi une méthode d'analyse performante qui peut dorénavant être transférée pour étudier tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) autre système moléculaire présentant une bistabilité magnétique photo-induite.

Notes:
(1)- Interrupteurs moléculaires: la chimie au service de l'électronique
(2)- Expériences menées sur les lignes des synchrotrons SOLEIL (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification...) et ESRF en France et SLS en Suisse.


Référence publication
S.F. Jafri, E.S. Koumousi, M.-A. Arrio, A. Juhin, D. Mitcov, M. Rouzières, P. Dechambenoit, D. Li, E. Otero, F. Wilhelm, A. Rogalev, L. Joly, J.-P. Kappler, Ch. Cartier dit Moulin (Un moulin est une machine à moudre les grains de céréale en farine et, par analogie, une machine à broyer, piler, pulvériser...), C. Mathonière, R. Clérac, Ph. Sainctavit.

Atomic scale evidence of the switching mechanism in a photomagnetic CoFe dinuclear Prussian Blue analogue
J. Am. Chem. Soc. - 2019
DOI: 10.1021/jacs.8b10484

Contact chercheur
- Sainctavit Philippe - Institut de minéralogie, de physique des matériaux et de cosmochimie
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