Propriétés magnétiques de matériaux hybrides lamellaires incluant des phthalocyanines métallées : essais en vue d’un couplage entre le magnétisme et la conductivité

par Riadh Bourzami

Thèse de doctorat en Chimie physique

Sous la direction de Philippe Turek.

Soutenue le 20-01-2014

à Strasbourg , dans le cadre de École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....) , en partenariat avec Institut de chimie (Strasbourg) (laboratoire) .

Le président du jury était Aziz Dinia.

Les rapporteurs étaient Carole Duboc, Jean-Pascal Sutter.


  • Résumé

    Les travaux décrits portent sur des matériaux hybrides organiques-inorganiques présentant des propriétés magnétiques, de formule générale Mx(OH)2x-ny(Xn-)y (avec M(II) = Co, Cu, Zn, X= phtalocyanines métallées tétrasulfonate, MPc). Deux objectifs distincts ont guidé cette thèse : coupler la conductivité de la MPc au magnétisme des plans, d'une part, et déterminer expérimentalement, d'autre part, les couplages entre plans de Co conduisant à la mise en ordre autour de 6 K. Des étapes préliminaires de synthèse originale ont été nécessaires concernant la LiPc tétrasulfonate et des HSL de Zn. Ni la synthèse de la LiPc tétrasulfonate, ni les essais de dopage des MPc n'ont été suffisamment concluant pour pouvoir bénéficier des conductivités des MPc dans l'hybride associé. Les mesures magnétiques réalisées par SQUID ont montré que les HSL à base de feuillets de Cu sont antiferromagnétique sans mise en ordre. Ceux dont les feuillets sont constitués de Co s'ordonnent ferrimagnétiquement autour de 6 K quelle que soit la nature de Pc insérée, prouvant qu'il n'y a pas d'échange magnétique entre les feuillets,et que seule l’ interaction dipolaire est responsable de la mise en ordre. La CuPc insérée a joué le rôle de sonde paramagnétique et a permis, grâce à des mesures par RPE en bande X et en bande Q, d'estimer la valeur du champ dipolaire à 30 mT. Ces études valident le modèle théorique proposé par M. Drillon et al. Des études ont été réalisées sur CoPc insérées. qui sont majoritairement muettes en RPE du fait de leur agrégation et ne constituent pas de bonnes sondes RPE. Les HSL MCoPc montrent un pouvoir de réduction de l'O2.

  • Titre traduit

    Magnetic properties of lamellar hybrid materials including metallated phthalocyanine : testing for a coupling between magnetism and conductivity


  • Résumé

    This PhD work focus on hybrid layered organic-inorganic materials, with general formulation Mx(OH)2x-ny(Xn-)y (M(II)=Co, Cu; X- = metal phthalocyanine sulfate MPcTs). Two leading ideas founded this PhD work: i) the investigation of the possible interplay between the magnetic properties of the LSH hosts and possible charge transport through phthalocyanine guests ii) the experimental evidence of the underlying mechanism for magnetic ordering in LSH. Synthesis of new molecules was required, as LiPcTs and Zn LSH. The yield of the synthesis of LiPcTs was not high to allow for subsequent insertion. The next route under investigation considered the anions and cations issued from the reduction and oxidation of CuPc and CoPc. Those revealed much too instable to be inserted into lamellar hosts. The investigations of the magnetic properties by SQUID magnetometry showed that all copper hydroxide-based compounds behave similarly, presenting an overall antiferromagnetic behaviour without magnetic ordering. The cobalt HSL compound presents a ferrimagnetic ordering around 6K, whatever the nature of the metal phthalocyanine. This points to the solely dipolar interactions between the inorganic layers. Using the inserted CuPc as a fine paramagnetic probe, X-band and Q-band EPR spectroscopy allowed to assess the amplitude of the dipolar field Bdipolar≈30mT. These measurements validate the theoretical model of M. Drillon and al on the role of dipolar interactions in layered ferromagnets. The formation of EPR silent aggregates of inserted CoPc discards it as a suitable probe for similar experiments. Preliminary results show that these hybrids catalyze the reduction of O2.


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