La diffraction d’électrons révèle la structure de nouveaux aimants à base moléculaire

Comme leur nom l’indique, les aimants à base moléculaire sont formés de molécules. Ils possèdent un moment magnétique non nul, lié à la présence d'électrons « libres » (non appariés) provenant par exemple d’ions métalliques ou de radicaux organiques qui composent leur structure. L’application d’un champ magnétique externe sur ces objets oriente les moments magnétiques et induit une aimantation. En-dessous d’une certaine température, cet état magnétique est conservé lorsque l’on coupe le champ magnétique. Ces objets moléculaires ouvrent ainsi des pistes dans le domaine du stockage d’information à une échelle nanoscopique avec des applications potentielles en informatique quantique ou en spintronique.

Dans ce contexte, des scientifiques du Laboratoire des multimatériaux et interfaces (CNRS/Université Claude Bernard Lyon 1), en collaboration avec les Universités d’Hiroshima et de Novosibirsk, élaborent des aimants moléculaires originaux en assemblant des métaux avec des radicaux libres1  organiques. Ils cherchent maintenant à mieux comprendre les paramètres qui gouvernent les propriétés magnétiques de ces composés pour orienter les synthèses vers des systèmes toujours plus performants. Pour cela, obtenir la structure cristallographique de ces assemblages nanométriques pour visualiser les interactions métal-radical est indispensable. Hélas, il est quasiment impossible d’obtenir des monocristaux de taille suffisante pour réaliser des expériences de diffraction des rayons X, technique la plus courante à mettre en œuvre pour obtenir cette information. Pire encore, les nanocristaux obtenus se décomposent fréquemment lorsqu’ils sont soumis à un faisceau d’électrons, qui est l’alternative émergente aux rayons X dans un tel cas.

Qu’à cela ne tienne ! Pour déterminer la structure cristalline de leurs composés, ils ont collaboré avec des collègues Grenoblois de l’Institut de biologie structurale (CNRS/CEA/Université Grenoble Alpes) et de l’Institut Néel (CNRS) et ont adapté à leurs systèmes les méthodes de diffraction d’électrons conçues initialement pour l’étude des protéines, mais en travaillant à une faible dose d’exposition, leur permettant ainsi de caractériser des cristaux de seulement quelques centaines de nanomètres. Leurs expériences ont pour la première fois montré par cette technique la structure en charpente de type métal-radical de leurs composés se présentant sous forme de feuillets. Une information cruciale pour l’interprétation des propriétés magnétiques.

Ces résultats, parus dans la revue Inorganic Chemistry Frontier, ouvrent de nouvelles perspectives pour optimiser les propriétés de ces nouveaux aimants moléculaires. La technique de caractérisation mise au point pourrait également être étendue à d’autres systèmes métallo-organiques, en particulier les MOFS2 .

Rédacteur : CCdM

• 1Les radicaux libres sont des molécules qui possèdent un ou plusieurs électrons non apparié(s).
• 2MOFs (Metal-Oragnic Frameworks) sont des matériaux poreux émergents et prometteurs pour les domaines de l énergie, de l environnement et de la santé en raison de leurs structures hybrides adaptables.