L’ESS, colossal chantier européen© News Oresund

Entre les retards de livraison d’une nouvelle infrastructure européenne, en construction en Suède, et les incertitudes sur l’avenir de l’Institut Laue Langevin, la dernière source de neutrons sur le sol français, la communauté de diffusion neutronique française s’interroge sur la stratégie à adopter, à l’heure d’une compétition internationale accrue.

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sc.org/en/content/articlelanding/2024/ma/d3ma00688c

Des scientifiques du CNRS et de l’Université de Bordeaux viennent de réaliser une céramique fonctionnelle à base de molécules à conversion de spin. Cette mise en forme particulière, décrite dans la revue Materials Advances, permet d’envisager maintenant leur insertion dans des dispositifs micro-électroniques : mémoires, capteurs, commutateurs…

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L. El-Khoury, N. Daro, G. Chastanet, P. Rosa, D. Denux, L. Etienne, V. Mazel, M. Josse & M. Marchivie, Spin crossover molecular ceramics by Cool-SPS: consequences on switching features beyond microstructural effects,
Materials Advances 2024
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/ma/d3ma00688c

Changement de symétrie lors d’une transition de phase photoinduite sondée par diffraction ultra-rapide des rayons X © M. Hervé & E. Collet

Par diffraction de rayons X résolue en temps, des chercheuses et chercheurs observent le mécanisme de photocommutation ultrarapide d’un matériau vers un état persistant à température ambiante, une propriété intéressante pour diverses applications dans le stockage d’énergie ou d’information.

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M. Hervé, G. Privault, E. Trzop, S. Akagi, Y. Watier, S. Zerdane, I. Chaban, R. G. Torres Ramírez, C. Mariette, A. Volte, M. Cammarata, M. Levantino, H. Tokoro, S. Ohkoshi et E. ColletUltrafast and persistent photoinduced phase transition at room temperature monitored by streaming powder diffraction
Nature Communications, publié le 24 janvier 2024.
Doi : 10.1038/s41467-023-44440-3

Le programme et équipement prioritaire de recherche (PEPR) exploratoire SPIN – piloté par le CNRS et le CEA – vise à soutenir une recherche innovante en spintronique visant le développement d’un monde numérique plus frugal, agile et durable. Il est doté d’un budget de 38,13 millions d’euros sur 6 ans.

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Pour stocker l’information à l’échelle moléculaire, il est nécessaire de former des dépôts stables de molécules magnétiques sur des surfaces. Des scientifiques de l’Institut des sciences chimiques de Rennes(CNRS/Université Rennes 1/ENSCR/INSA Rennes), de l’Institut de physique de Rennes (CNRS/Université Rennes 1) et de l’Université de Florence (L.A.M.M., Italie) sont ainsi parvenus à déposer des nanotubes moléculaires magnétiques à base de chaines-aimants. Ces objets innovants pourraient être intégrés dans des dispositifs de stockage de l’information binaire.

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Référence

F. Houard, G. Cucinotta, T. Guizouarn, Y. Suffren, G. Calvez, C. Daiguebonne, O. Guillou, F. Artzner, M. Mannini  & K. Bernot
Metallogels: a novel approach for the nanostructuration of single-chain magnets
Materials Horizon  (2022)

https://doi.org/10.1039/D2MH01158A

Dans le cadre d’une collaboration internationale regroupant dix équipes de recherche, des scientifiques du Centre de recherche Paul Pascal et de l’Institut de chimie de la matière condensée de Bordeaux (CNRS/Université de Bordeaux), montrent comment ajuster chimiquement la structure électronique d’un matériau pour contrôler ses propriétés physiques de conduction électrique et magnétique. Ces travaux, publiés dans la revue Nature Communications, ouvrent la voie à la conception de nouvelles générations de matériaux métalliques pour la micro-électronique et à terme, potentiellement, supraconducteurs.

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Référence

P. Perlepe, I. Oyarzabal, L. Voigt, M. Kubus, D.N. Woodruff, S.E. Reyes-Lillo, M.L. Aubrey, P. Négrier, M. Rouzières, F. Wilhelm, A. Rogalev, J.B. Neaton, J.R. Long, C. Mathonière, B. Vignolle, K.S. Pedersen, R. Clérac
From an antiferromagnetic insulator to a strongly correlated metal in square-lattice MCl₂(pyrazine)₂ coordination solids
Nature Communications 2022
doi.org/10.1038/s41467-022-33342–5

La chiralité est la propriété qu’ont certaines molécules de pouvoir adopter deux configurations spatiales, images l’une de l’autre dans un miroir. Si la nature synthétise des molécules chirales comme les sucres ou les acides aminés de façon parfaitement sélective, la chimie de synthèse peine quant à elle à sélectionner une des deux formes, gauche ou droite, d’une molécule chirale. Sélection pourtant essentielle pour bon nombres d’applications, thérapeutiques entre autres. Des physiciens et chimistes viennent de montrer comment des simples mesures de conductivité électrique sous champs magnétiques avec un courant alternatif permettent de distinguer ces deux formes. Et si la vie à ses origines avait eu recours à cet outil de sélection ? Des résultats à retrouver dans la revue Nature Communications.

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Référence

Geert L. J. A. Rikken et Narcis Avarvari, Nature Communications juin 2022.
Dielectric magnetochiral anisotropy
DOI : 10.1038/s41467-022-31225-3

Les molécules organiques sont les nouvelles briques de base de nombreux dispositifs électroniques appelés à jouer un rôle majeur dans les domaines des télécommunications et de l’énergie. Des chimistes de l’Institut des sciences chimiques de Rennes (CNRS/Université Rennes 1/ENSCR/INSA Rennes), du Laboratoire chimie et interdisciplinarité, synthèse, analyse, modélisation  (CNRS/ Nantes University) et de l’Institut des sciences moléculaires de Marseille (CNRS /Aix Marseille Univ/Centrale Marseille) ont développé une méthode simple et originale de synthèse d’une famille de polycycles phosphorés aux propriétés optiques et redox variées permettant d’envisager leur utilisation comme matériaux fonctionnels dans ce type de dispositifs. Ces résultats font l’objet d’une publication dans la revueAngew. Chem. Int. Ed..

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Référence

T. Delouche, E. Caytan, M. Cordier, T. Roisnel, G. Taupier, Y. Molard, N. Vanthuyne, B. Le Guennic, M. Hissler, D. Jacquemin, P.-A. Bouit
Straightforward Access to Multifunctional pi-Conjugated P-Heterocycles Featuring an Internal Ylidic Bond
Angew. Chem. Int. Ed. 2022

https://doi.org/10.1002/anie.202205548

Dans le cadre d’une collaboration internationale*, des scientifiques de l’Institut des sciences chimiques de Rennes (CNRS/ENSCR/Université Rennes 1) viennent de mettre au point de nouvelles jonctions moléculaires, éléments de base des transistors permettant le transport du courant à l’échelle de la molécule, associant plusieurs fonctions photo-modulables. Ces travaux, publiés dans le J. Am. Chem. Soc. et la revue Nature Communications, ouvrent la voie vers de nouveaux circuits électriques fonctionnels ultra-miniaturisés à haute performance.

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Référence

N. Xin, C. Hu, H. Al Sabea, M. Zhang, C. Zhou, L. Meng, C. Jia, Y. Gong, Y. Li, G. Ke, X. He, P. Selvanathan, L. Norel, M. A. Ratner, Z. Liu, S. Xiao, S. Rigaut, H. Guo, X. Guo
Tunable symmetry-breaking-induced dual functions in stable and photoswitched single-molecule junctions
J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 20811
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c08997

L. Meng, N. Xin, C. Hu, H. Al Sabea, M. Zhang, H. Jiang, Y. Ji, C. Jia, Z. Yan, Q. Zhang, L. Gu, X. He, P. Selvanathan, L. Norel, S. Rigaut, H. Guo, S. Meng, X. Guo
Dual-Gated Single-Molecule Field-Effect Transistors beyond Moore’s Law
Nature commun. 2022, 13, 1410
https://www.nature.com/articles/s41467-022-28999-x

Les acènes sont des molécules linéaires composées de cycles de benzène fusionnés, dont l’extension améliore les performances électroniques, mais complique fortement la synthèse. Des scientifiques du CEMES (CNRS), de l’académie tchèque des sciences (République tchèque) et de l’université d’Hokkaido (Japon) ont obtenu le premier acène stable à neuf cycles benzéniques : le nonacène. Publiés dans la revue Nature Communications, ces travaux pourraient aboutir au développement de nouveaux composants électroniques.

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Référence

R. A. S. Ferreira, E. Mamontova, A. M. P. Botas, M. Shestakov, J. Vanacken, V. Moshchalkov, Y. Guari, L. F. Chibotaru, D. Luneau, P. S. André, J. Larionova, J. Long & L. D. Carlos
Synchronous Temperature and Magnetic Field Dual-Sensing by Luminescence in a Dysprosium Single-Molecule Magnet
Adv. Opt. Mater. 2021
10.1002/adom.202101495

Pour faire face aux besoins croissants en stockage de données informatiques les chimistes sont parvenus à stocker l’information binaire à l’échelle de molécules individuelles appelées « molécules-aimants ». Cependant, pour envisager leur insertion au sein de dispositifs, les molécules doivent pouvoir conserver l’information sans subir l’influence de celle portée par les voisines, ce qui nécessite de contrôler leur organisation au sein du matériau. Défi relevé par des scientifiques du Centre de recherche Paul Pascal (CNRS / Université de Bordeaux)et de l’Université de Canterbury en Nouvelle-Zélande qui montrent comment des caténanes magnétiques, structures mécaniquement imbriquées, permettent cette organisation de molécules-aimants au sein d’édifices complexes tridimensionnels. Ces résultats font l’objet d’une publication dans la revue Angewandte Chemie.

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Référence

Benjamin H. Wilson, Jas S. Ward, David C. Young, Jun-Liang Liu, Corine Mathonière, Rodolphe Clerac & Paul E. Kruger
Self-assembly synthesis of a [2]catenane Co(II) single-molecule magnet
Angew. Chemie Int. Ed. (2022)

https://doi.org/10.1002/anie.202113837

Les capteurs sont devenus des objets omniprésents de notre quotidien. Concevoir des sondes qui peuvent mesurer simultanément différentes grandeurs physiques est autant un défi scientifique qu’un enjeu socio-économique. En exploitant la flexibilité de la chimie moléculaire, des scientifiques de l’Institut Charles Gerhardt de Montpellier (CNRS/Université de Montpellier/ENSCM) ont synthétisé une molécule qui permet, par simple mesure de ses propriétés de luminescence, d’accéder simultanément à la température et au champ magnétique du milieu dans lequel elle est introduite. Ces travaux sont publiés dans la revue Advanced Optical Materials.

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Référence

R. A. S. Ferreira, E. Mamontova, A. M. P. Botas, M. Shestakov, J. Vanacken, V. Moshchalkov, Y. Guari, L. F. Chibotaru, D. Luneau, P. S. André, J. Larionova, J. Long & L. D. Carlos
Synchronous Temperature and Magnetic Field Dual-Sensing by Luminescence in a Dysprosium Single-Molecule Magnet
Adv. Opt. Mater. 2021
10.1002/adom.202101495

Des scientifiques du Laboratoire des multimatériaux et interfaces (CNRS/Université Claude Bernard Lyon 1) ont élaboré des matériaux moléculaires à base de métaux et de radicaux où des électrons sont mis en mouvement dans un jeu de ping-pong métal-radical rythmé par des variations de température autour de -20°C. Ce va-et-vient provoque la commutation entre deux états magnétiques qui traduisent l’histoire thermique du matériau et lui confèrent ainsi un effet mémoire. En collaboration avec les Universités de Montréal et d’Hiroshima, ils ont montré qu’en appliquant une faible pression, ils pouvaient induire cette transition à température ambiante, rendant ces composés plus facilement utilisables pour des applications dans des dispositifs de mémoires ou des capteurs. Résultats à retrouver dans la revue Chemical Communications.

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Référence

C. Lecourt, Y. Izumi, K. Maryunina, K. Inoue, N. Bélanger-Desmarais, C. Reber, C. Desroches & D. Luneau
Hypersensitive pressure-dependence of the conversion temperature of hysteretic valence tautomeric manganese–nitronyl nitroxide radical 2D-frameworks
Chemical Communications 2021, 57, 2376

DOI : https://doi.org/10.1039/D0CC08144B

Le journal Chemistry World de la RSC dédie un article aux SMMs avec des travaux français cités. Une reconnaissance.

https://www.chemistryworld.com/features/reaching-the-molecular-limit-of-magnetic-memory/4013778.article?s=03

On sait depuis Pasteur et Faraday que renverser la direction d’un champ magnétique ou inverser la symétrie miroir de molécules joue sur la propagation de la lumière. Associer les deux effets génère une anisotropie dite magnéto-chirale. En comparant expérience et modélisation dans le cas de complexes du nickel chiraux, les chercheurs valident ici pour la première fois une théorie microscopique et mettent en évidence le rôle du couplage des mouvements des électrons et des atomes dans l’intensité de l’anisotropie magnéto-chirale.

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Référence

M. Atzori, H. Ludowieg, M. Cortijo, I. Breslavetz, K. Paillot, P. Rosa, C. Train, J. Autschbach, E. A. Hillard, G. L. J. A. Rikken, Validation of Microscopic Magneto-Chiral Dichroism Theory. Science Advances, 2021, 7.
DOI : 10.1126/sciadv.abg2859

La lumière peut être utilisée pour faire fonctionner rapidement et efficacement des systèmes quantiques, comme les ordinateurs quantiques. Des chercheurs de l’Institut de Technologie de Karlsruhe (KIT, Allemagne), de l´Université de Strasbourg et du CNRS à Chimie ParisTech (Paris, France) ont obtenu des nouvelles molécules à base d’ions de terres rares, l’europium, qui peuvent être utilisées comme unités quantiques fondamentales et dont les spins nucléaires sont manipulables par la lumière. Cette avancée importante est publiée dans la revue Nature Communications.

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Référence

K. Senthil Kumar, D. Serrano, A.M. Nonat, B. Heinrich, L. Karmazin, L.J. Charbonnière, P. Goldner et M. Ruben Optical spin-state polarization in a binuclear europium complex towards molecule-based coherent light-spin interfaces. Nature Communications 12 avril 2021

https://doi.org/10.1038/s41467-021-22383-x

Les aimants sont généralement des solides constitués de métaux purs, d’oxydes métalliques ou d’alliages métalliques. Malgré leur utilisation intensive et leur énorme succès dans les applications technologiques, la production d’aimants pose des problèmes environnementaux et économiques. Certains éléments chimiques nécessaires à leur élaboration, comme les terres rares présents dans les aimants les plus puissants connus aujourd’hui, sont inégalement répartis sur la planète ou difficiles à isoler. De plus, la fabrication des aimants nécessite souvent des procédés réalisés à haute température qui consomment beaucoup d’énergie.
Afin de remédier à ces problèmes, les scientifiques essayent depuis environ 3 décennies de créer un nouveau type d’aimants en assemblant des molécules pour créer un édifice aux propriétés désirées. L’élaboration de tels assemblages moléculaires se fait à température ambiante, ce qui rend leur fabrication facile à reproduire et peu coûteuse. Cependant, il y a encore quelques mois, les performances des aimants moléculaires (température de fonctionnement, capacité d’attraction…) étaient encore très loin de celles des aimants conventionnels.
Récemment, dans une étude publiée dans Science, nous avons démontré qu’il est désormais possible d’obtenir des aimants moléculaires avec des caractéristiques comparables aux aimants conventionnels.

La suite de l’article dans The conversation.

Cette étude a été discutée dans de nombreux médias nationaux et internationaux, listés ici.

Les molécules-aimants, capables de s’aimanter de manière isolée, pourraient présenter des applications potentielles très importantes pour le stockage d’informations à haute densité, l’informatique quantique ou la spintronique. Comme pour tous les aimants, leur aimantation finit par disparaître par relaxation magnétique. Plus l’aimantation disparaît lentement, meilleur est l’aimant, d’où l’importance de mieux comprendre les phénomènes qui contrôlent cette relaxation. Un travail réalisé par des équipes du Laboratoire de chimie moléculaire (CNRS/Institut Polytechnique Paris), de l’Institut de chimie physique (CNRS/ Université Paris-Saclay) et de l’Institut des sciences chimiques de Rennes (CNRS/Université de Rennes 1/ENSC Rennes/INSA Rennes) montre que, pour une nouvelle molécule-aimant à base de thulium, plus les molécules sont isolées les unes des autres, plus leur relaxation magnétique est lente. Ces résultats, publiés dans la revue Angew . Chemie, vont permettre de développer de nouvelles stratégies de synthèse pour aller vers des molécules-aimants toujours plus performantes.

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Référence

J. Moutet, J. Schleinitz, L. La Droitte, M. Tricoire, F. Pointillart, F. Gendron, T. Simler, C. Clavaguéra, B. Le Guennic, O. Cador, G. Nocton Bis-Cyclooctatetraenyl Thulium(II): Highly Reducing Lanthanide Sandwich Single-Molecule Magnets. Angew. Chem. 2021, 133, 6107-6111

https://doi.org/10.1002/ange.202015428

Par rapport à un bit classique, objet élémentaire de mémoire d’ordinateur qui peut présenter deux états, 0 ou 1, un bit quantique peut se trouver en même temps dans les états 0 et 1. Mais cette « superposition » d’états, utilisée par exemple pour sécuriser les communications, est rapidement détruite par le « bruit magnétique » généré par les noyaux des atomes du matériau, freinant ainsi leur utilisation. Concevoir des molécules simples capables de générer des bits quantiques protégés contre le bruit magnétique ? Défi relevé par une équipe de l’ICMMO (CNRS/Université de Paris Saclay)* qui viennent de synthétiser une nouvelle molécule à base d’ions nickel (Ni) spécialement conçue pour être insensible au bruit magnétique, molécule qui pourrait ainsi entrer dans les processeurs quantiques moléculaires des ordinateurs de demain. Résultats à retrouver dans la revue Chemical Science.

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Ainsi que sur le site de l’Usine Nouvelle.

Référence

M. Rubín-Osanz, F. Lambert, F. Shao, E. Rivière, R. Guillot, N. Suaud, N. Guihéry, D. Zueco,  A.-L. Barra, T. Mallah & F. Luis Chemical tuning of spin clock transitions in molecular monomers based on nuclear spin-free Ni(II). Chemical Science (2021)

DOI: 10.1039/d0sc05856d

L’excitation par une impulsion laser intense des matériaux conduit à des changements des propriétés électroniques qui sont couramment étudiés pour des temps ultracourts (femtosecondes ou picosecondes) via des méthodes optiques. Dans ce travail, grâce à l’utilisation d’impulsions de rayons X ultracourtes, les physiciennes et physiciens étudient pour la première fois les propriétés structurales associées en mesurant de façon quantitative les déplacements atomiques. Ils montrent que pour des nanocristallites d’oxyde de titane (Ti₃O₅), la transition du semiconducteur vers le métal se propage suivant un front d’onde élastique, à des temps beaucoup plus courts que les temps de mise à l’équilibre thermique.

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Référence

C. Mariette, M. Lorenc, H. Cailleau, E. Collet, L. Guérin, A. Volte, E. Trzop, R. Bertoni, X. Dong, B. Lépine, O Hernandez, E. Janod, L. Cario, V. Ta Phuoc […] A. Bosak, M. Wulff, M. Levantino, H. Lemke, M. Cammarata Strain wave pathway to semiconductor-to-metal transition revealed by time-resolved X-ray powder diffraction. Nature Communications, paru le 23 février 2021.

DOI: 10.1038/s41467-021-21316-y