Projet ANR-15-CE08-0020 – MHYCONIA : Synthèse ionothermale de réseaux hybrides multiferroïques
Programme : Matériaux et procédés (DS0303) 2015
Année de financement : 2015
Coordinateur du projet : Madame Emilie Delahaye (Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg (IPCMS))
Partenaires : Laboratoire public
Montant : 224680.0 euros
Date de début : 2015
Durée : 42 mois
Résumé : Le projet MHYCONIA vise à développer une nouvelle stratégie, basée sur l’utilisation de liquides ioniques, pour la synthèse de réseaux de coordination fonctionnels en vue de produire de nouveaux matériaux adaptables. Le projet se concentre en particulier sur la réalisation de matériaux multiferroïques.
Les composés multiferroïques attirent une grande attention en raison de leur fort potentiel d’application en électronique et pour le stockage de l'information. Cependant, la grande difficulté est d'obtenir des composés multiferroïques où les propriétés, ferromagnétique et ferroélectrique, peuvent être couplées (couplage magnéto-électrique).
Récemment, quelques exemples de réseaux de coordination métal-organique (MOF) ont été signalés comme étant de nouveaux composés multiferroïques intrinsèques avec des possibilités de synergie entre propriétés magnétique et diélectrique. La synthèse de ces réseaux de coordination métal-organique ouvre ainsi de nouvelles perspectives dans le monde des composés multiferroïques essentiellement dominé par les oxydes. L'intérêt de cette nouvelle classe de matériaux provient du fait que les deux propriétés (ferromagnétisme et ferroélectricité) peuvent être apportées séparément par les parties inorganiques et organiques. Cette caractéristique contraste avec les oxydes où les propriétés électriques et magnétiques ont tendance à être mutuellement exclusives. Les réseaux de coordination multiferroïques sont généralement obtenus par synthèse hydro(solvo)-thermale mais, très récemment, ils ont été obtenus par synthèse ionothermale. La synthèse ionothermale, qui signifie que l’on chauffe un sel et un ligand dans un liquide ionique (IL), est une approche très prometteuse car elle permet la synthèse de nouveaux composés qui étaient jusque-là inaccessibles par synthèse classique (hydro(solvo) thermale). Cependant, le rôle du liquide ionique dans ces synthèses est a priori difficile à prévoir puisque le liquide ionique peut jouer soit le rôle de solvant, de compensateur de charge, d’agent structurant (anionique, cationique plus rarement) ou une combinaison de ces trois rôles.
Dans ce contexte, nous proposons une nouvelle stratégie visant à obtenir des systèmes multiferroïques en utilisant une approche «réactive» du type ionothermale. Le projet consiste à développer de nouveaux réseaux de coordination hybrides métal-organique à partir de liquides ioniques (du type imidazolium) portant des fonctions de coordination spécifiques et des centres métalliques appartenant aux métaux de transition ou aux lanthanides. Par rapport aux synthèses ionothermales décrites dans la littérature, l'originalité de notre approche provient de la présence de fonctions de coordination sur les liquides ioniques. En effet, l'introduction de cette fonctionnalité doit induire des interactions spécifiques entre le liquide ionique et le centre métallique (le liquide ionique agissant comme ligand par l'intermédiaire des fonctions de coordination) conduisant à une ingénierie cristalline précise de nouvelles architectures multifonctionnelles. Ces réseaux hybrides seront caractérisés par différentes spectroscopies et une attention particulière sera consacrée à la détermination de leur structure. Ce dernier point est essentiel tant pour la rationalisation de la synthèse que pour la compréhension des propriétés.
Cette approche est particulièrement adapté à l'élaboration de composés multiferroïques intrinsèques étant donné que les propriétés magnétiques et électriques provenant du métal et de la partie organique peuvent être étroitement combinés dans le matériau hybride final. En outre, la possibilité de changer à volonté la nature du centre métallique et de la composante organique permet un réel ajustement de ces propriétés et une synergie entre les propriétés magnétiques et diélectriques.
Mots clés: liquides ioniques, réseaux de coordination hybrides, matériaux multiferroïques, structure cristalline, optique non linéaire.