RelaxMax — Complexes organométalliques de lanthanides à relaxation magnétique lente

Les terres rares sont des éléments stratégiques pour la décarbonisation de l'énergie. Les technologies qui les utilisent en tant que ressources varient des éoliennes aux moteurs électriques hybrides, principalement en raison de leurs propriétés magnétiques performantes. Ainsi, en tant que matière première non renouvelable, l’industrie des aimants développée autour d’elles devra rationaliser leur utilisation. Les questions importantes sont de savoir comment miniaturiser les aimants et comment les recycler. Une bonne compréhension de leur chimie aidera grandement à résoudre ces problèmes: l'étude de leur chimie physique permet la rationalisation de leurs propriétés magnétiques, première étape pour envisager leur amélioration, tout en une bonne connaissance de leur dynamique en solution avec divers environnements (ligand, solvants) aide à concevoir une méthode adaptée pour leur recyclage. La méthodologie globale proposée dans le présent document viendra renforcer ces grands défis dans les deux aspects: méthodologie de synthèse en chimie organométallique pour la conception spécifique d’aimants monomoléculaires performants à haute température de blocage. Nous cherchons à utiliser un grand ligand monoanionique sous-utilisé: le ligand cyclononatétraényle (Cnt), capable de subir des commutations d’hapticité en fonction de diverses conditions et contraintes. En raison de sa nature monoanionique, il est adapté aux lanthanides de basse valence, mais également aux lanthanides trivalents en association avec le ligand cyclooctatétraényle (Cot), ligand classique de la chimie organométallique. Nous envisageons de synthétiser une collection de composés de lanthanides organométalliques avec divers éléments de lanthanides à différents états d’oxydation et de différentes géométries, grâce à la grande taille du ligand cnt, qui permet les commutations d’hapticité (WP1). La méthodologie de synthèse utilisera des approches originales telles que l'isomérisation induite par un solvant et les commutations d'hapticité induits par un solvant. L'utilisation de ces nouvelles méthodes et l'étude de la dynamique du ligand Cnt doivent être rationalisées par des caractérisations adaptées et des études théoriques (WP2). Un défi important réside dans l'utilisation bénéfique de la méthodologie expérimentale pour pousser la méthodologie théorique et inversement. La conception spécifique de ces composés de lanthanides de géométries variées en fonction du centre métallique permettra d’améliorer leurs propriétés magnétiques et en particulier leurs propriétés de relaxation magnétique. Le défi consiste à étudier et à rationaliser la manière dont (i) la géométrie du ligand et (ii) les propriétés physiques du métal influencent la relaxation magnétique lente dans le but d’augmenter la température de blocage pour atteindre la température de l’azote liquide (77 K) et plus (WP4). Pour accomplir ce défi, une très bonne connaissance de la structure électronique est essentielle. Les outils spectroscopiques (luminescence, EPR) et théoriques seront confrontés. Pour ces molécules avec un grand nombre d'électrons, un couplage spin-orbite important et des effets relativistes forts, la théorie ab initio est très difficile et le développement d'une méthodologie adaptée (WP3) est nécessaire.