Nano-Matériaux Hybrides à base de structures de basse dimensionnalité : Etude de leurs propriétés optiques, électroniques et magnétiques – Université de Montpellier

Description

Les matériaux magnétiques jouent un rôle important dans les technologies de stockage de l’information, les appareils de communication, la spintronique, l’informatique quantique et les équipements médicaux. Les exigences pour ces applications incluent l’évolutivité et la haute densité, ce qui signifie nécessairement une petite taille, un stockage ou un transfert de données plus rapide, des signaux de sortie plus élevés, une faible consommation d’énergie, un faible coût et un contrôle reproductible des états magnétiques.
Le projet de doctorat est une étude fondamentale qui vise à créer des aimants moléculaires 1D ou 2D avancés en confinant les aimants moléculaires simples (SMM) dans des nanostructures (NS) 1D ou 2D, conduisant à des aimants à chaîne unique (SCM@NS) qui présentent un meilleur contrôle. et propriétés magnétiques adressables. Les NS, tels que les nanotubes de carbone ou de nitrure de bore (CNT), le graphène à quelques couches ou les TMD, agissent comme des nano-conteneurs chimiquement et thermiquement inertes pour réaliser des arrangements moléculaires qui ne sont pas possibles dans l’espace libre et pour contrôler les phénomènes de coopération afin de favoriser de fortes inter et échange intramoléculaire et anisotropie magnétique. La conductivité électrique accordable de NS rendra en outre les SCM électriquement accessibles grâce à la magnétoconductance.
Les travaux de doctorat proposés visent un magnétisme moléculaire mieux contrôlé et adressable en confinant les SMM à l’intérieur des NS (Figure 1) qui présentent diverses propriétés chimiques (chimiquement inertes, fragments actifs et fonctionnels rédox) et propriétés physiques (lacunes optiques, conduction électrique et magnétisme). .

Notre groupe, spécialisé dans les études sur les nanostructures carbonées, s’est récemment intéressé au confinement d’espèces telles que les molécules d’iode, de quaterthiophène ou de phtalocyanine.
Les propriétés physiques sont principalement étudiées par spectroscopies Raman et photoluminescence. À partir des mesures Raman, le transfert de charge du colorant confiné vers le nanotube peut être mis en évidence. Les expériences de photoluminescence peuvent démontrer des changements sur les propriétés d’émission après encapsulation.

L’objectif principal de cette thèse est l’étude des propriétés physiques principalement par spectroscopies Raman et photoluminescence des différentes molécules confinées dans des nanotubes de carbone simple paroi. Il s’agit notamment d’étudier les propriétés structurales, optiques, électroniques et magnétiques, tant à l’échelle macroscopique qu’à l’échelle individuelle. Des expérimentations sur des installations à grande échelle (ILL, Grenoble, France) sont possibles.

Compétences requises

Ce projet est adapté à un étudiant ayant une expérience solide en photonique, optique ou physique fondamentale. La connaissance préalable de la science des nanotubes de carbone n’est pas nécessaire. La thèse implique un travail expérimental substantiel pour la préparation des échantillons et l’utilisation de la configuration optique de l’espace libre, de sorte que les compétences pour le travail expérimental sont obligatoires. Un bon goût pour la recherche interdisciplinaire et l’apprentissage de nouvelles choses est également essentiel.

Bibliographie

(1) Chorro, M.; Kané, G.; Alvarez, L.; Cambedouzou, J.; Paineau, E.; Rossberg, A.; Kociak, M.; Aznar, R.; Pascarelli, S.; Launois, P.; Bantignies, J. L. 1D-Confinement of Polyiodides inside Single-Wall Carbon Nanotubes. Carbon 2013, 52, 100–108. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2012.09.010.
(2) Alvarez, L.; Almadori, Y.; Arenal, R.; Babaa, R.; Michel, T.; Le Parc, R.; Bantignies, J.-L.; Jousselme, B.; Palacin, S.; Hermet, P.; Sauvajol, J.-L. Charge Transfer Evidence between Carbon Nanotubes and Encapsulated Conjugated Oligomers. The Journal of Physical Chemistry C 2011, 115 (24), 11898–11905. https://doi.org/10.1021/jp1121678.
(3) Almadori, Y.; Alvarez, L.; Le Parc, R.; Aznar, R.; Fossard, F.; Loiseau, A.; Jousselme, B.; Campidelli, S.; Hermet, P.; Belhboub, A.; Rahmani, A.; Saito, T.; Bantignies, J.-L. Chromophore Ordering by Confinement into Carbon Nanotubes. The Journal of Physical Chemistry C 2014, 118 (33), 19462–19468. https://doi.org/10.1021/jp505804d.
(4) Alencar, R. S.; Aguiar, A. L.; Ferreira, R. S.; Chambard, R.; Jousselme, B.; Bantignies, J.-L.; Weigel, C.; Clément, S.; Aznar, R.; Machon, D.; Souza Filho, A. G.; San-Miguel, A.; Alvarez, L. Raman Resonance Tuning of Quaterthiophene in Filled Carbon Nanotubes at High Pressures. Carbon 2021, 173, 163–173. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2020.10.083.
(5) Alvarez, L.; Fall, F.; Belhboub, A.; Le Parc, R.; Almadori, Y.; Arenal, R.; Aznar, R.; Dieudonné-George, P.; Hermet, P.; Rahmani, A.; Jousselme, B.; Campidelli, S.; Cambedouzou, J.; Saito, T.; Bantignies, J.-L. One-Dimensional Molecular Crystal of Phthalocyanine Confined into Single-Walled Carbon Nanotubes. The Journal of Physical Chemistry C 2015, 119 (9), 5203–5210. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.5b00168.

Mots clés

nanotubes, magnétisme, nanostructures 1D &2D, spectroscopie, optique