Lanthanide-based SMMs : from molecular properties to surface grafting exploiting multi-level ab initio techniques

par Guglielmo Fernandez Garcia

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Boris Le Guennic et de Federico Totti.

Soutenue le 20-12-2017

à Rennes 1 en cotutelle avec l'Università degli studi (Florence, Italie) , dans le cadre de École doctorale Matériaux, Matières, Molécules en Pays de la Loire (3MPL) (Le Mans) , en partenariat avec Université Bretagne Loire (ComuE) et de Institut des Sciences Chimiques de Rennes (laboratoire) .

mots clés

• Molécules aimants
• Chimie computationnelle
• Sciences des surfaces
• Modèle multi-Niveaux
• Chimie inorganique
• Molécules aimants
• Métaux des terres rares
• Chimie des surfaces

Titre traduit

Molécules aimants à base de lanthanides : des propriétes moléculaires au greffage en surface, en utilisant des méthodes ab initio multi-niveaux

Résumé

Cette thèse de doctorat a été réalisée en cotutelle entre les Universités de Rennes 1 en France et de Florence en Italie. L’objectif de ce travail est tout d’abord de rationaliser les propriétés inter- et intramoléculaires de molécules-aimants (Single Molecule Magnet – SMM) à base d’ions lanthanides (“partie moléculaire”) et puis leur évolution une fois absorbé sur surface (''partie sur surface''). Ces deux aspects ont été examinés dans un cadre théorique et computationnel, en utilisant différentes techniques multi-niveaux, de periodic Density Functional Theory (pDFT) en utilisant une approche post-Hartree-Fock, en fonction de la variable expérimentale d’intérêt. Les molécules-aimants sont d'un intérêt particulier pour le design de nouveaux matériaux magnétiques dans la science des surfaces (comme la spintronique), mais elles permettent également une connaissance des propriétés électroniques et magnétiques approfondie est également nécessaire.

mots clés

• Single molecule magnets
• Computational chemistry
• Surface science
• Multilevel modeling
• Inorganic chemistry

Résumé

The Ph.D. project was a joint agreement between two universities: Université de Rennes 1 in France and Università di Firenze in Italy. The project aimed to shed light on the rationalization of the inter- and intramolecular properties of novel lanthanide-based Single Molecule Magnets, SMMs, (“molecular part”) and their evolution once adsorbed on surface (“surface part”). Both aspects are examined within a theoretical and computational framework, with different multi-level techniques ranging from periodic Density Functional Theory (pDFT) to post-Hartree-Focks approaches, depending on the experimental observable of interest. SMMs are, indeed, at the cutting-edge in the design of novel magnetic materials in surface science (as spintronics or memory storage devices), but for their exploitation a deep understanding of their electronic and magnetic properties is needed.