Organisations d'aimants moléculaires au sein de réseaux inorganiques et de coordination : synthèse, structure et propriétés.

Abstract

With the constant increase of data volume, the storage of information became an important issue. In this field of research, the discovery of coordination complexes behaving like traditional magnets really aroused a great deal of interest. These molecular magnets (Single-Molecule Magnet or Single-Chain Magnet) show magnetic hysteresis and thus a memory effect opening the possibility to address one bit of information on a single molecular object. Therefore, the design of new materials with original physical properties based on molecular magnets became the focus of many researches around the world. The use of these magnetic objects for future applications in technological devices is also a major trend of research. In this context, the work presented here includes these two aspects. A first part is dedicated to the one-dimensional organisation of molecular magnets into mesoporous silicas (MCM-41 and SBA-15 types). Our results clearly demonstrate all the difficulties to prepare and to study such magnetic hybrid materials. We showed that manganese-based single-molecule magnets are destroyed during their insertion into mesoporous silica. However, the use of a new synthetic protocol and a detailed characterization of these hybrid materials give encouraging results and open new perspectives for future researches in this field. The second part discusses the synthesis of new molecular magnets and their use to form 1D and 2D coordination networks. The employed strategy led to new molecular magnets that display rare quantum phenomena such as "quantum phase interference" or "exchange-bias quantum tunnelling". Also seven one-dimensional networks and two twodimensional materials were synthesized. Three of these one-dimensional networks composed of antiferromagnetically coupled single-molecule magnets, show very interesting and unique magnetic properties. For the first time, slow relaxation of magnetisation was observed in this type of one-dimensional compounds. In addition, the analysis of their magnetic relaxation clearly highlighted the polydispersity in term of chain length. The preliminary magnetic study of the other single-molecule magnets based materials reveals that they possess original properties.Face à la masse croissante de données, le stockage d'informations est devenu un enjeu d'importance capitale. Dans le domaine de l'adressage magnétique de l'information, la découverte de complexes de coordination se comportant comme des aimants classiques a réellement suscité un vif intérêt. Ces aimants moléculaires (Single-Molecule ou Single-Chain Magnet) montrent des hystérésis magnétiques leur conférant un effet de mémoire, laissant entrevoir la possibilité d'adresser un bit d'information à une molécule. Ainsi, la conception et l'étude des propriétés physiques de nouveaux composés à base d'aimants moléculaires sont devenues le centre de nombreux travaux de recherche à travers le monde. La mise en forme de ces objets en vue d'applications futures dans des dispositifs technologiques est également un sujet en plein essor. Dans le contexte actuel, le travail présenté ici reprend ces deux aspects. Une première partie est dédiée à l'organisation unidimensionnelle d'aimants moléculaires dans des silices mésoporeuses de type MCM-41 et SBA-15. Le travail présenté montre clairement toutes les difficultés de conception et d'étude de tels matériaux hybrides magnétiques. Les premiers résultats obtenus indiquent que les molécules-aimants sont détruites lors de l'insertion dans la silice. Toutefois, la mise en place d'un protocole de synthèse et de caractérisation efficace de tels matériaux est très positive et laisse la voie ouverte à de nombreuses nouvelles recherches dans ce domaine. La deuxième partie concerne la synthèse de nouveaux aimants moléculaires et leur utilisation pour former des réseaux de coordination 1D et 2D. La stratégie employée a permis l'obtention de nouvelles molécules-aimants dont l'étude magnétique a révélé des phénomènes quantiques rares tels les interférences de phases ou l'"exchange-bias quantum tunnelling". Egalement sept réseaux unidimensionnels et deux composés bidimensionnels ont été synthétisés. L'étude détaillée des propriétés magnétiques de trois de ces réseaux unidimensionnels composés de molécules-aimants en interaction antiferromagnétique, a montré des comportements très intéressants. D'une part, pour la première fois la relaxation lente de l'aimantation a été mise en évidence dans des composés antiferromagnétiques. D'autre part, fait encore inédit, l'analyse de cette relaxation montre clairement la polydispersité en taille des chaînes. L'étude préliminaire des propriétés magnétiques des autres réseaux de molécules-aimants permet d'ores et déjà de montrer qu'ils possèdent des comportements atypiques