Matériaux moléculaires bistables : application comme capteurs de gaz
Institution:
Toulouse 3Disciplines:
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Abstract EN:
The spin crossover phenomenon in transition metal complexes is one of the most spectacular examples of molecular bistability. The switching between the two different electronic states of these molecules can be achieved using various external perturbations like a change of temperature or by applying an external pressure, light irradiation, pulsed magnetic field, and even a change of the concentration of chemical species around the samples. Hence the potential applications of these materials for the construction of sensor and memory devices continue to draw much attention. The work developed in this manuscript attempt to answer the various issues to the challenge at nanoscale of SCO materials. Elaboration of thin films, nanopatterns, their engineering of bistable inorganic-materials, and their physical properties are presented. In addition, a new technique to detect the spin crossover phenomenon in the films is developed based on the variation of the diffracted intensity by a periodic pattern of the thin film material due to the change of the optical properties associated with the spin state change. This approach is also used as the protocol for the detection of guest molecules due to interactions of these molecules with SCO network that come to modify the diffraction signal. This thesis is part of an ANR project (CHEMOSWITCH), which aims to explore a multidisciplinary approach (chemical / physical / nanotechnology), the effect and selectivity of gas adsorption (or vapor) on the properties of spin transition of nanomaterials by examining change their optical properties. These nano-objects could be of industrial applications in the field of gas sensors and, more exploratory, could enable the production of devices for photonics (optical filters, waveguides, diffractions addressable networks. . . ).
Abstract FR:
Les matériaux moléculaires à transition de spin (TS) offrent de nombreuses opportunités en termes d'applications dans le domaine de l'électronique, du stockage de l'information, de l'affichage numérique, de la photonique et du photo-magnétisme. Parmi les différentes familles de composés à TS, nous avons choisi de travailler avec les polymères de coordination qui présentent une bistabillité proche de la température ambiante. Le choix judicieux des ligands et des contre-ions permettent de moduler les propriétés finales de ces composés, et même dans certains cas de combiner de façon synergétique des propriétés physiques différentes. Les travaux développés dans ce mémoire tentent de répondre aux différentes questions liées au défi de l'échelle nanométrique des matériaux à TS. La synthèse, l'élaboration de couches minces, leur nanostructuration et l'ingénierie de matériaux inorganiques bistables, ainsi que leurs propriétés physiques sont présentées. Par ailleurs, une nouvelle technique de détection de la transition de spin est développée : la diffraction optique basée sur la modulation de l'indice de réfraction d'une structure périodique de motifs à transition de spin en raison du changement contrôlé de l'état de spin du matériau. Cette approche est également utilisée comme protocole pour la détection de molécules invitées en raison des interactions de ces molécules avec le réseau à transition de spin qui vient modifier le signal de diffraction. Ces travaux de thèse s'inscrivent dans un projet ANR (intitulé CHEMOSWITCH), qui vise à explorer selon une approche multidisciplinaire (chimique/physique/nanotechnologique), fondamentales et appliquées, l'effet et la sélectivité d'adsorption de gaz (ou de vapeur) sur les propriétés de transition de spin de nanomatériaux en étudiant le changement leurs propriétés optiques. Ces nano-objets pourraient faire l'objet d'applications industrielles dans le domaine des capteurs de gaz et, de façon plus exploratoire, pourraient permettre la réalisation de dispositifs pour la photonique (filtres optiques, guides d'ondes, réseaux de diffractions adressables,. . . ).