Des molécules-aimants qui conservent leur bistabilité

Des chercheurs de l’institut de chimie moléculaire et des matériaux d’Orsay ont réussi à assembler des molécules aimants sur un nanotube de carbone en conservant la propriété de bistabilité à l’échelle des molécules isolées. Ces nanoaimants moléculaires permettent aussi d’envisager de nouvelles propriétés catalytiques.

Des chercheurs viennent de réussir à assembler des molécules aimants sur des nanotubes de carbone. Ces nouveaux objets intéressent à la fois les physiciens et les chimistes. Ils permettent en effet de stocker dans chaque molécule de très petite taille (~2nm) une information binaire (état on ou off). Les nanoaimants moléculaires permettent aussi d’observer une accélération exceptionnelle du transfert électronique entre les électrodes et les polyoxométallates [1] laissant présager de nouvelles propriétés catalytiques. Les molécules-aimants sont des complexes de la chimie de coordination qui présentent une bistabilité, c’est-à-dire changent de propriétés magnétiques sous l’effet d’une perturbation extérieure (état on/off). Cette bistabilité a jusqu’à présent été mise en évidence à l’échelle des cristaux moléculaires contenant un très grand nombre de molécules. Une fois les molécules isolées les unes des autres, elles peuvent perdre cette propriété. Le défi consistait donc à conserver la bistabilité à l’échelle de molécules individuelles isolées, dans le but de réaliser des dispositifs modèles pour le stockage de l’information binaire (on/off) à l’échelle de la molécule unique.

Lecture et manipulation des moments magnétiques

Pour la première fois, des chercheurs de l’institut de chimie moléculaire et des matériaux d’Orsay [2] ont réussi à assembler des molécules aimants de Fe6-Polyoxométallate sur un nanotube de carbone, sans qu’elles soient chimiquement modifiées. Les molécules sont alors isolées les unes des autres. Les mesures magnétiques réalisées à l’aide d’un micro-squid [3] montrent qu’elles conservent leur propriété de bistabilité. De plus, la présence de nanotubes de carbone autour des molécules pourrait faciliter le passage des molécules d’un état magnétique à l’autre grâce à l’interaction entre les propriétés électroniques des nanotubes (semi-conducteur) et les propriétés magnétiques des molécules. On pourrait ainsi imaginer un dispositif permettant la lecture et la manipulation des moments magnétiques pour effectuer des opérations quantiques.

Molécule aimant (droite) assemblée à un nanotube de carbone (gauche), © Talal Mallah

Dans un tout autre domaine, des études électrochimiques ont montré que le greffage de cette molécule sur le nanotube de carbone s’accompagnait d’une accélération considérable du transfert électronique entre les électrodes et les polyoxométallates. La grande stabilité du système hybride nanotube/polyoxométallate et la présence du nanotube de carbone renforcent l’interaction entre l’électrode et la molécule, augmentant ainsi les transferts d’électrons entre les deux. Ce comportement ouvre des perspectives très encourageantes, notamment en électrocatalyse.

Notes

[1] Les polyoxométallates (POM) sont composés principalement de métaux (molybdène et tungstène) et d’oxygène.[2] En collaboration avec l’institut Lavoisier de Versailles (CNRS/université de Versailles Saint-Quentin), le laboratoire de chimie physique (CNRS/université Paris 11) et le laboratoire d’électronique moléculaire (CEA-Saclay) et l’institut Néel-Grenoble (CNRS/Université Joseph Fourier). [3] Un micro-squid (de l’anglais « superconducting quantum interference device ») est un magnétomètre de grande sensibilité utilisé pour mesurer des champs magnétiques très faibles dans des objets de très petites tailles. Les résultats ont fait l’objet d’un article dans l’édition du journal Angewandte Chemie du 2 juin.« Magnetic Bistability of Individual Single-Molecule Magnets Grafted on Single-Wall Carbon Nanotubes »www3.interscience.wiley.com