Purification de Nanotubes de Carbone Mono Paroi. Greffage d'Objets Magnétiques pour des Applications en Spintronique.
Résumé
Molecular spintronics is an emerging field of molecular electronics that addresses the matter of encoding informations with spins instead of charges. To date, a few devices obtained by break junction techniques have been reported. They allow the investigation of interesting phenomena such as Kondo effect or quantum tunneling of the magnetization. However, quantitative explanation of the transport properties are often limitated by incertainities on the nature of the species within the junction and their relative orientation to the leads. Recently, the use of carbon nanotubes as molecular wire for spintronics transistors has attracted much attention because of their large spin coherence length. The present work aimed at designing adducts based on magnetic objects and single-wall carbon nanotubes for spintronics applications. Their properties have been extensively characterized in bulk material in order to get a detailed picture of the magnetic objects to be assembled in future transistors. To obtain such adducts and study their magnetic properties, one needs to masterize a high quality purification of the carbon nanotubes, that contain about 20% of magnetic impurities in the raw material. We achieved such a purification and suggested a mechanism for the removing of the magnetic impurities. The purified carbon nanotubes have then been functionnalized by magnetic objects, following non-covalent interaction schemes that preserve the electronic properties of the molecular wire. Three magnetic systems have been selected, including polyoxometalate, coordination nanoparticles and complexes bearing large aromatic moieties. In some cases, an electronic communication between the nanotube and the grafted object has been evidenced, leading to a modulation of its magnetic properties. We therefore believe that the adducts we developped in this work are promising systems for spintronics devices.
La spintronique moléculaire est un domaine émergeant de l'électronique moléculaire qui s'attache à encoder l'information non plus sous forme de charges électriques mais sous forme de spin. A ce jour, quelques dispositifs magnétiques à base de jonction à cassure ont été décrits. Ils ont permis l'observation de phénomènes intéressants tels que le renversement de l'aimantation d'une molécule aimant ou l'effet Kondo. Cependant, il subsiste généralement des incertitudes sur la nature exacte de l'espèce présente dans la jonction et son orientation relative par rapport aux électrodes, compliquant de ce fait l'interprétation quantitative de ces phénomènes. Récemment, les nanotubes de carbone ont suscité un vif intérêt en tant que composants pour la spintronique moléculaire, du fait de leur grande cohérence de spin. Au cours de ce travail, nous nous sommes attachés à concevoir des adduits nanotube monoparoi – objets magnétiques pour des applications en spintronique. Leurs propriétés ont été extensivement caractérisées afin de connaître avec précision les caractéristiques des objets à introduire dans les futurs transistors. Les nanotubes de carbone commerciaux contiennent environ 20% d'impuretés magnétiques. Pour synthétiser ces adduits et déterminer leurs propriétés magnétiques, nous avons développé une méthode de purification conduisant à de très hauts taux de pureté, et permettant la détection du signal magnétique de molécules greffées sur les nanotubes. Un mécanisme rendant compte de l'élimination des impuretés magnétiques a été proposé. Les nanotubes purifiés ont été fonctionnalisés suivant des schémas non covalents qui préservent l'intégrité des propriétés électroniques des nanotubes. Trois systèmes magnétiques ont été sélectionnés et comprennent des polyoxométalates, des nanoparticules de réseau de coordination et des complexes comportant un large groupement aromatique. Dans certains cas, une communication électronique entre le nanotube et la molécule greffée a pu être mise en évidence, conduisant à une modulation de ses propriétés magnétiques. Ces systèmes constituent des candidats très prometteurs à des applications en spintronique.
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