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Article de référence | Réf : RE406 v1

Conversion de spin - Commutation de l’état de spin de matériaux

Auteur(s) : Guillaume CHASTANET

Date de publication : 10 juil. 2021

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Présentation

RÉSUMÉ

Les complexes de coordination sont formés par l’assemblage d‘un ou de plusieurs ions métalliques avec des ligands organiques. De la géométrie du complexe dépend la configuration électronique du ou des ions métalliques. Dans certains de ces complexes, cette configuration électronique peut être modifiée par des variations de paramètres chimiques et/ou physiques. C’est la conversion de spin. Ses conséquences sont nombreuses sur les propriétés optiques, magnétiques, mécaniques et diélectriques du matériau. Cet article présente les principes fondamentaux du phénomène de conversion de spin, les moyens connus pour le promouvoir et le détecter ainsi que les différents champs d’application envisagés.

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ABSTRACT

Spin Crossover - Switching the spin state of materials

Coordination complexes are formed by assembling one or more metal ions with organic ligands. On the geometry of the complex depends the electronic configuration of the metal ion(s). In some of these complexes, the electronic configuration can be modulated by variations in chemical and/or physical parameters. This is called spin crossover and its consequences are numerous on the optical, magnetic, mechanical and dielectric properties of the material. This article presents the fundamental principles of spin crossover, the known means to promote and detect it as well as the different fields of application in which this property is envisaged.

Auteur(s)

  • Guillaume CHASTANET : Chargé de recherches CNRS - Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux, - CNRS-Université de Bordeaux, Bordeaux INP, UMR 5026 - Pessac, France

INTRODUCTION

La conversion de spin est un phénomène largement répandu que l’on retrouve par exemple en géologie, en biologie ou encore en magnétisme. Une grande majorité des systèmes à conversion de spin est constituée de complexes de coordination, le plus connu se trouvant dans l’hémoglobine impliquée dans la capture, le transport et le relargage de l’oxygène dans le sang. Ces complexes sont construits sur la coordination d’ions métalliques par des ligands organiques. La composition et l’agencement de ces ligands autour des ions métalliques déterminent leur configuration électronique. Certains ions hésitent entre deux configurations et l’application d’une perturbation telle que la température, la pression ou la lumière permet de passer d’une configuration à l’autre. Cette commutation de configuration électronique, appelée conversion de spin, s’accompagne de nombreuses modifications de propriétés physico-chimiques (couleur, magnétisme, mécanique, électrique, volume, densité…). De nombreux domaines d’applications sont d’ailleurs envisagés pour ces systèmes, des pigments intelligents à l’électronique moléculaire en passant par les capteurs et les muscles artificiels. Le phénomène de conversion de spin prend sa source dans la sphère de coordination métallique de ces complexes. À l’état solide, ce phénomène se propage via un réseau d’interactions intermoléculaires. L’ingénierie moléculaire, de par sa richesse, est un outil de choix pour concevoir les molécules et les réseaux moléculaires aux propriétés adaptées aux applications visées. L’objectif de cet article est de présenter le phénomène de conversion de spin et sa richesse dans ses grandes lignes, afin de donner à l’ingénieur les outils essentiels à une veille technologique efficace sur le sujet. Cet article présente donc les conditions nécessaires à l’obtention de molécules et de matériaux à conversion de spin, les moyens chimiques et physiques de la provoquer et de la détecter, les conséquences sur les propriétés du matériau qui la subit, afin d’aider au respect d’un cahier des charges applicatif.

Points clés

Domaine : magnétisme, chimie de coordination, électronique moléculaire.

Degré de diffusion de la technologie : émergence.

Technologies impliquées : magnétisme, optique, électronique moléculaire.

Domaines d’application : électronique organique et moléculaire, capteurs, senseurs, actuateurs, pigments.

Principaux acteurs français :

  • centres de compétence : la très large communauté française travaillant sur la conversion de spin est regroupée au sein d'un groupement de recherche du CNRS, magnétisme et commutation moléculaires (GdR MCM2, http://www.gdr-mcm2.cnrs.fr/ et plus récemment au sein de l'association française de magnétisme moléculaire (AM2, asso-am2.fr) ;

  • industriels : OliKrom est une entreprise issue d'un laboratoire travaillant sur la conversion de spin et développe des pigments intelligents ( https://www.olikrom.com/).

Autres acteurs dans le monde : acteurs européens regroupés au sein d'un Institut Européen de Magnétisme Moléculaire (EIMM, http://www.eimm.eu/)

Contact : [email protected]/ http://www.icmcb-bordeaux.cnrs.fr/spip.php ?article149

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KEYWORDS

magnetism   |   switching   |   coordination chemistry   |   molecular solid   |   phase transition

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-re406


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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - CARLIN (R.L.) -   Magnetochemistry.  -  Spinger, Berlin (1986).

  • (2) - KAHN (O.) -   Molecular Magnetism.  -  VCH Publishers (1993).

  • (3) - CAMBI (L.), SZEGO (L.) -   Über die magnetische Susceptibilität der komplexen Verbindungen.  -  Ber. Dtsch. Chem. Ges., 64, p. 2591-2598 (1931).

  • (4) - HAUSER (A.) -   Ligand field theoretical considerations.  -  Adv. Polym. Sci. 233, p. 49-58 (2004).

  • (5) - SHRIVER (D.F.), ATKINS (P.W.) -   Inorganic Chemistry 3e édition.  -  Oxford University Press, p. 227-236 (2001).

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  • ...

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