Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux d'Orsay

Post-doctorante : Dr. Adelaida Trapali

Collaborations : Projet ANR 2D-Switch (2022-2026) porté par Vincent REPAIN

• Marie-Laure Boillot (ECI, ICMMO)
• Jean-François Dayen (Dispositifs au graphène, Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg)
• Vincent Repain, Amandine Bellec (Caractérisations surfaces/dispositifs, Equipe Matériaux et Phénomènes Quantiques, Paris)

Publications liées :

• Journal of Materials Chemistry C, 2021, 9, 2712-2720

Ce projet aborde la synthèse, la caractérisation et la compréhension fondamentale d'une nouvelle famille d'interfaces hybrides actives combinant une couche de détection de graphène (Gr) 2D en contact avec un film ultra-mince de molécules à transition de spin (SCO). Pour ce faire, nous synthétisons des molécules SCO sublimables sous ultra-vide, stables lors du dépôt sur des surfaces (pas de décomposition chimique) et stables à l'air. Nous étudions ensuite l'auto-assemblage 2D et la structure de films ultrafins (de 1 à 10 monocouches) de telles molécules sur du graphène déposé sur différents substrats, et étudions l'impact de l'interaction surface-molécule sur leurs propriétés de commutation (efficacité de la transition, changement de la température de transition, commutation induite par la lumière et le champ électrique). Le changement d'état de spin du film moléculaire se traduit par une modification de la conductance du graphène. Le processus d'écriture/effacement à basse température est mis en œuvre à l'aide de deux longueurs d'onde d'excitation distinctes, dans la région rouge (piégeage d'état de spin induit par la lumière, effet LIESST) pour stabiliser l'état paramagnétique métastable, et dans le proche infrarouge pour récupérer l'état diamagnétique (LIESST inverse). La bistabilité du système est confirmée sur une fenêtre de température significative par hystérèse thermique induite par la lumière (LITH). Ces résultats démontrent comment les états électroniques de commutateurs moléculaires isolants peuvent être stockés, lus et manipulés par de multiples stimuli, tout en les transduisant en signaux à faible impédance, grâce à des détecteurs bidimensionnels, révélant tout le potentiel des hétérostructures multidimensionnelles pour l'électronique moléculaire et la spintronique. En poursuivant ce travail, nous visons à étudier comment la commutation SCO influence le transport électronique à travers la couche de graphène, avec la compréhension du mécanisme de transduction.

Doctorante : Fatima Hamade

Financement ANR JCJC LECMA (2022-2025) portée par Nathalie Bridonneau

Collaborations :

• Pei Yu (ligands photoactifs, ECI ICMMO)

L’objectif de ce projet est de développer un design moléculaire permettant un contrôle électronique photo-induit de molécules magnétiques. Le concept sur lequel repose le projet consiste à utiliser la lumière pour induire un changement entre deux états électroniques, amenant une bistabilité à température ambiante. Les molécules seront constituées d’une part photo-active organique et de complexes de Fe(II) à transition de spin (SCO). Ces complexes magnétiques peuvent passer réversiblement d’un état bas spin diamagnétique (BS, S=0) à un état haut spin paramagnétique (HS, S=2). Ce projet consiste à utiliser la lumière pour dissymétriser la répartition électronique des ligands du Fe(II), déclenchant ainsi le processus de transition de spin. A ce jour, le contrôle du processus de transition de spin par la lumière demeure un challenge à obtenir de manière réversible, à température ambiance et à l’état solide. La bistabilité thermique des systèmes à transition de spin n’est pas due à des effets d’origine moléculaire mais provient d’interactions élastiques à longue distance entre molécules, au sein du matériau moléculaire. Dans le but d’obtenir un contrôle électrique de l’état de spin, nous utiliserons des photo-commutateurs organiques comme ligands des complexes SCO, permettant ainsi un changement de répartition de la densité électronique au sein même de la sphère de coordination de l’ion magnétique, déclenchant ainsi le changement de spin. De plus, afin de moduler et d’augmenter les délocalisations électroniques, nous jouerons sur la polarisabilité du ligand en introduisant des groupements donneurs et accepteurs sur les ligands du Fe(II). Ainsi, les systèmes moléculaires développés dans ce projet ouvrent la voie à un stockage d’information sur molécule unique, à température ambiante, ayant ainsi un fort potentiel pour de nombreuses applications dans le domaine de l’électronique moléculaire (capteurs, stockage de l’information, systèmes électroniques).