Etude par microscopie à force atomique d’aimants moléculaires multiferroïques

  • Master
  • Toulouse
Nom de l'entreprise / du laboratoire: LAPLACE et LCC
Encadrant: Christina Villeneuve-Faure (Laplace) et Emilie Delahaye (LCC)
Durée: 4 à mois

Contexte et objectifs du projet

Ce projet propose l’étude par microscopie à force atomique (AFM) d’aimants moléculaires multiferroïques. Les matériaux multiferroïques sont caractérisés par plusieurs ordres ferroïques, comme le ferromagnétisme, la ferroélectricité ou encore la ferroélasticité, ces propriétés étant interdépendantes. Il est ainsi possible de contrôler l’aimantation par un champ électrique, de modifier l’état de spin avec un champ électrique, de modifier les propriétés diélectriques grâce à un champ magnétique ou encore de modifier les propriétés magnétiques au travers de déformation élastique du matériau. De tels matériaux possèdent un fort potentiel dans les technologies de la spintronique et du stockage de l’information. Cependant, leur développement requière une rationalisation des phénomènes physiques à une échelle pertinente c’est-à-dire celle des domaines ferroïques.

De plus, l’élaboration de tels matériaux présentant en même temps plusieurs ordres ferroïques restent un défi, car les conditions qui prévalent aux propriétés ferroélectriques et ferromagnétiques sont souvent antagonistes. Au sein du LCC, une méthode de synthèse robuste prenant en compte la nécessité de fortes interactions d’échanges magnétiques et l’absence de centre d’inversion au sein du composé est utilisée pour contourner cette problématique.  Elle repose sur la combinaison d’entités polycyanométallates et de métaux de transition à des ligands spécifiques présentant notamment des centres chiraux. L’efficacité de cette méthode est validée puisque deux aimants moléculaires cristallisant dans un groupe d’espace polaire et caractérisés par une température d’ordre magnétique élevée (i. e. 106 K) ont été identifiés. Il s’agit des composés de formule [{Mn(HL)(H2O)}2Mn{Mo(CN)7}2].2H2O, où L = (S)-N,N-diméthylalaninol, et [Mn2(tea)Mo(CN)7], où tea = triéthanolamine.

L’objectif du projet est de sonder les propriétés di-(ferro-)électriques/ ferromagnétiques de ces composés à l’échelle locale par diverses techniques de microscopie à force atomique et de les corréler avec les propriétés morphologiques.

Sujet du stage

Le stage portera sur l’étude du composé [Mn2(tea)Mo(CN)7]. Il se déroulera en deux parties.
·         Préparation du composé moléculaire au LCC en binôme avec Emilie Delahaye, ce qui permettra à l’étudiant de prendre connaissance du procédé de synthèse et de caractérisation (structure cristallographique, magnétisme). Les cristaux seront ensuite fixés sur un support préalablement à leur étude par AFM (contact mécanique et électrique stable).

·         Etude des propriétés locales par AFM au Laplace. La topographie et la piézoélectricité en fonction de la température seront étudiées en priorité d’autant que ces cristaux ne voient apparaitre leur propriétés multiferroïques qu’après une transition de phase induite thermiquement (i. e. quelques minutes à 110 °C dans le cas du composé étudié ici). L’étude de l’évolution de la topographie en fonction de la température sera réalisée in-situ par AFM. Des paramètres tels que la rugosité et l’état de surface seront suivis. Les propriétés piézoélectriques seront ensuite étudiées, avant et après transition structurale, par Piezoresponse Force Microscopy (PFM). Il s’agira d’analyser la réponse des domaines piézoélectrique à l’échelle locale en fonction du champ électrique appliqué. Ces résultats pourront être corrélés aux données structurales préalablement obtenues.

Pour postuler, envoyez votre CV et votre lettre de motivation par e-mail à christina.villeneuve@laplace.univ-tlse.fr