Project

Magnetism; Actinides; Uranium; Pentavalent Uranium; Single Molecule Magnets; Coordination chemistry; Supramolecular Chemistry

Lead
Dans ce projet nous proposons de concevoir des systèmes moléculaires ou supramoléculaires d’uranium pour le développement de molécules aimants à barrière d’inversion de spin et température d’hystérésis plus élevées que celles qui existent actuellement. Ces caractéristiques sont cruciales pour une future application des molécules aimants dans les domaines de stockage de hautes densités de données, de l’informatique quantique et de la spintronique. Ces travaux se feront par une approche interdisciplinaire combinant la synthèse de nouveaux composés d’uranium et le développement de modèles pour l’analyse des propriétés magnétiques. Nous envisageons d’explorer deux stratégies originales. Une basée sur des complexes polynucléaires d’uranyle(V) et une basée sur de composés dinucléaires d’uranium(III).
Lay summary
Dans ce projet nous adopterons une approche interdisciplinaire pour le développement de nouveaux aimants moléculaires à base d’uranium combinant la synthèse de nouveaux composés d’uranium et le développement de modèles pour l’analyse des propriétés magnétiques. Nous envisageons d’explorer deux stratégies originales. Dans la première nous tirerons avantage de l’anisotropie du cation UO2+ et de sa capacité à coordiner d’autres cations métalliques via ses fonctions oxo pour développer des complexes poly-homométalliques et poly-hétérométalliques avec des propriétés de molécules aimants. Une conception précise du ligand et des méthodes de synthèses habilement choisies seront développées pour empêcher la dismutation du cation UO2+ et pour promouvoir l’auto-assemblage de composés discrets. L’association du cation anisotropique UO2+ avec des cations métalliques à haut spin du bloc d ou 4f devrait résulter en l’obtention de hautes barrières d’inversion de spin et de hautes températures d’hystérésis. De plus, la configuration électronique 5f1 du cation UO2+ est simple et donc un excellent point de départ pour le développement de modèles magnétiques qui est une étape essentielle pour mieux comprendre la relation structure-propriétés. Dans une seconde approche, des complexes polymétalliques d’U(III) seront préparés avec pour but de promouvoir le couplage magnétique de deux ions U(III) pour obtenir un comportement de molécule aimant à plus hautes températures. Nous explorerons en particulier des approches synthétiques menant à la formation de complexes polynucléaires où les ions uranium seront pontés par des ligands nitrures. Dans les deux stratégies, l’étude des propriétés magnétiques et l’analyse complète des nouveaux composés synthétisés seront essentielles pour comprendre les mécanismes d’échange de spin et les paramètres influençant le comportement de molécule aimant.

Direct link to Lay Summary

Last update: 17.03.2016

Active participation

Self-organised

Title	Year

Number	Title	Start	Funding scheme

The overall goal of this project is to find new molecular systems that can store magnetic information at reasonable temperature. Uranium compounds are attractive candidates for the development of new molecules displaying slow magnetic relaxation of a purely molecular origin (i.e. single-molecule magnets, or SMMs). Compared to d-block or f-block elements, the high magnetic anisotropy of the uranium ion over a range of oxidation states, combined with its ability to engage in strong magnetic exchange interactions with other metal centres, makes it particularly promising for the development of SMMs possessing barriers to spin reversal high enough to observe hysteresis at reasonable temperatures-a crucial prerequisite for the application of SMMs in high density data storage, quantum computing and spintronics devices. In this project we propose to design original uranium based molecular and supramolecular systems for the development of molecular magnets with higher spin-inversion barriers and higher hysteresis temperatures than currently obtained. This will be achieved trough an interdisciplinary approach combining the rational synthesis of new uranium compounds and the development of models for the analysis of the magnetic properties. We envisage to explore two original strategies. In the first strategy we will take advantage of the single ion anisotropy of the UO2+ cation and of the ability of this cation to bind other metal cations trough the oxo group for the development of poly-homometallic and poly-heterometallic complexes with single molecule magnet properties. Subtle ligand tuning and carefully chosen synthetic methods will be developed to prevent disproportionation of the UO2+ cation and to promote self-assembly of discrete compounds. High spin-inversion barriers and hysteresis temperatures should result from associating the anisotropic UO2+ cation and d-block and f-block metal cations with a high total spin. Moreover, the simple 5f1 electronic structure is an excellent starting point for the development of magnetic models, an essential step for understanding the structure-properties relation.In the second approach polymetallic complexes of U(III) will be prepared with the goal of promoting ferromagnetic coupling between the two U(III) ions leading to SMM behavior at higher temperatures. In both strategies, the study of the magnetic properties of the new compounds synthesized and their quantitative analysis will be essential for the understanding of the spin exchange mechanisms and of the parameters affecting SMM behavior, which in turn will provide input for the synthesis of compounds with higher spin-inversion barriers and showing magnetic hysteresis at higher temperatures, a crucial step for applications such as high density information storage devices, spintronics or quantum computing.