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Transition de phase photo-induites et hétérostructures photomagnétiques à base d’analogue du bleu de Prusse

par Anne-Marie, Poggi Mélanie - publié le , mis à jour le

Participants :

Adeline Adam (thèse). Isabelle Maurin* , Mélanie Poggi , Eric Larquet , Jean Pierre Boilot,Thierry Gacoin

- Collaborations :

— François Varret, Kamel Boukhedadden, Groupe d’étude de la Matière Condensée, Université de Versailles-Saint Quentin en Yvelines
— Dimitry Chernyshov, ESRF
— Miho Itoi, Institute of liberal Education, Nihon University School of Medicine, Japon
— Daniel R.Talham, Departement of chemistry, University of Florida, USA

L’étude des transitions de phase photo-induites relève à la fois du domaine fondamental (accès à des états hors équilibre) et de celui des applications (contrôle optique des propriétés d’un matériau pour des dispositifs mémoires, d’affichage ou encore des commutateurs). Nous nous intéressons plus particulièrement aux aspects structuraux de ces transitions qui pourraient aider à la compréhension des effets non-linéaires associés : effet domino pour la photo-excitation ou relaxation auto-accélérée de l’état métastable photo-induit.
Nos travaux portent principalement sur des composés analogues du Bleu de Prusse, de formule générique AxMy[M’(CN)6]z. nH2O où A est un alcalin et M,M’ des métaux de transition. Outre leurs propriétés photo-, thermo- et piézo-chromiques, certains de ces dérivés présentent des effets photomagnétiques originaux : transition dia ? ferrimagnétique ou encore inversion de pôle magnétique sous éclairement. L’irradiation lumineuse conduit alors à un transfert de charge entre deux centres métalliques M et M’ voisins, éventuellement associé à une transition bas spin ? haut spin pour l’un des centres. Néanmoins, les effets photomagnétiques observés sont restreints au domaine des basses températures, typiquement au-dessous de 20K. Pour décaler ces effets vers la température ambiante, une stratégie possible est de concevoir une hétérostructure de type multiferroïque combinant deux composés, l’un photostrictif (c’est-à-dire qui se déforme sous irradiation lumineuse) et l’autre piézomagnétique (dont les propriétés magnétiques changent sous application d’une pression). Une représentation de principe est donnée Figure 1 pour une configuration cœur-coquille.

Fig. 1 :Représentation schématique des effets de couplage attendus dans le cas d’une hétérostructure cœur-coquille.

Ce type de nanoparticules peut être obtenu par chimie colloïdale, avec des interfaces abruptes et une interaction forte du fait de la croissance épitaxiale de la coquille sur le cœur (Figure 2a). Le couplage mécanique entre cœur et coquille est étudié par diffraction des rayons X sur grands instruments (ESRF, SOLEIL), ce qui permet une mesure quantitative des changements de volume de maille intervenant sous éclairement (Figure 2b). Plusieurs paramètres peuvent être analysés, comme le rapport volumique entre cœur et coquille que l’on peut modifier par le biais de la taille des particules de cœur et de l’épaisseur de coquille, ou encore le désaccord de paramètre de maille entre les deux composés en changeant la nature des métaux M et M’.

Fig. 2. (a) Cliché MET en haute résolution d’une particule cœur-coquille mettant en évidence le caractère épitaxial de la croissance et (b) déplacement des pics de diffraction des rayons X montrant l’expansion du réseau cristallin sous éclairement (?= 690 nm) pour des particules de cœur nues.