Projet ANR-14-CE07-0004 – HYMN : Matériaux Hybrides Multiferroiques
Programme : Produits (conception, procédés et matériaux) (DS0303) 2014
Année de financement : 2014
Coordinateur du projet : Monsieur Guillaume Rogez (Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg)
Partenaires : Laboratoire public; Laboratoire public; Laboratoire public
Montant : 471251.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 54 mois
Résumé : Le domaine des matériaux multiferroïques (c'est-à-dire présentant la coexistence d'au moins deux ordres parmi les ordres électrique, magnétique et élastique) concerne actuellement principalement des oxydes, mais quelques matériaux moléculaires sont en train d'émerger.
Au contraire, le domaine des multiferroiques hybrides n'a été que très peu exploité à ce jour, mais suscite un d'intérêt croissant. Les rares exemples existants de multiferroïques hybrides prouvent qu'une approche rationnelle moléculaire / hybride des multiferroiques est en effet possible et pleine de promesses. L'approche chimie des hybrides pour la multiferroïcité présente plusieurs avantages par rapport à l'approche chimie du solide (oxydes), en termes de synthèse et de possibilité de moduler assez facilement les structures et les propriétés. En outre, les matériaux hybrides peuvent être conçus de manière rationnelle pour présenter un ordre ferromagnétique avec une aimantation beaucoup plus élevée que dans les multiferroïques "classiques", avec des ordres magnétiques hélicoïdaux, ou antiferromagnétiques cantés. Enfin, les matériaux multiferroiques hybrides, où les deux sous-réseaux responsables des propriétés magnétiques et électriques sont profondément imbriqués, sont a priori plus susceptibles de présenter un couplage magnéto-électrique que les matériaux composites nanostructurés, où le potentiel de couplage magnéto-électrique est essentiellement dû à l'interface.
Nous proposons donc dans le présent projet de concevoir et d'étudier de nouveaux multiferroïques hybrides, en utilisant deux approches rationnelles exploratoires, la première portant sur la fonctionnalisation de structures magnétiques de basse dimensionnalité, l'autre consistant en la synthèse rationnelle "one-pot" (aussi appelée réaction directe). Les deux approches nécessiteront la conception et la synthèse de nouvelles molécules organiques, avec un cahier des charges précis, afin de doter les structures hybrides des propriétés ferromagnétiques et ferroélectriques, avec éventuellement un couplage magnéto-électrique.
En plus des aspects synthétiques, ce projet porte sur les caractérisations structurales précises des matériaux synthétisés, et surtout sur l'étude des propriétés physiques. La génération de second harmonique (GSH) sera utilisée pour évaluer la non-centrosymétrie des structures obtenues à partir de la diffraction des rayons X sur poudre, et fournira un indice de la présence de la ferroélectricité, préliminaire aux mesures diélectriques. Un défi majeur est en effet la vérification sans ambiguïté du comportement ferroélectrique des composés hybrides. Pour cela, un effort particulier portera sur la croissance de monocristaux ou, pour les composés obtenus uniquement en poudre, sur la densification des poudres à basse température et sur la formation de films minces de cristallites isolés, ce qui permettra de réaliser les contacts nécessaires à la caractérisation électrique. Enfin, une partie de ce projet sera consacrée à la rationalisation des propriétés des composés obtenus, au moyen de modélisation à l'échelle atomique basée sur la fonctionnelle de la densité. Cette approche contribuera également à optimiser la conception des composés.