Comes commutation M

GdR Commutation Moléculaire à l’état Solide Dossier Scientifique

GdR COMES

Commutation

Moléculaire

à l’Etat

Solide

Présentation scientifique

Contenu : Résumé

Motivation

Les domaines d’action du GdR COMES

Etat de l’art

Contexte international

Perspectives et propositions d’activité

Annexe : Rapports succincts des Equipes participantes et tableau récapitulatif

Résumé

Nous désirons promouvoir la recherche sur les processus de commutation moléculaire dans le solide, leur mise en œuvre et leurs applications.

Pour cela, nous proposons de réunir une communauté de physiciens, chimistes et physico-chimistes autour du problème central de l’interaction entre le système commutable et son environnement, moléculaire et solide.

Motivation

Le développement récent des techniques d’imagerie en champ proche ¹ ou la mise en œuvre de nano-moteurs moléculaires photo-commandables ²a mis en relief, par son caractère spectaculaire, les modifications structurales induites par la photo-commutation de matériaux organiques.

Ces modifications structurales constituent un phénomène au centre de tous les processus de commutation, que ce soit à l’échelle nanométrique ou à l’échelle mésoscopique. Elles fixent, par exemple, la hauteur de la barrière d'énergie qui sépare les états initial et final impliqués dans le processus, et commandent toutes les propriétés dynamiques de la commutation : temps de commutation, temps de vie de l’état excité. Elles influencent ou gouvernent aussi les propriétés du solide dans son état photo-induit (optiques, électriques, magnétiques…).
Ainsi, le problème de l’interaction entre le groupement commutable, organique ou inorganique, a-t-il été étudié par diverses communautés de physiciens, chimistes et physico-chimistes. Ce projet réunit donc :

- des physiciens de l’état solide, intéressés par les transitions de phase photo-, thermo-, piézo- ou magnéto-induites, dans les composés à transition neutre-ionique ou à transition de spin ;

- des photo-chimistes intéressés par les propriétés des chromophores ;

- des photo-physiciens intéressés par les propriétés optiques, magnétiques, électriques, induites dans le solide, et leurs applications possibles en imagerie et stockage de l’information ;

- des chimistes de « chimie physique » cherchant à concevoir et synthétiser des matériaux en fonction des caractéristiques attendues .
Le succès des recherches visant à obtenir des fonctionnalités ou poly-fonctionnalités nouvelles nécessite d’associer les cultures de ces différentes communautés : Optique, Physique du Solide, Chimie-Physique, Chimie de synthèse. Le projet consiste à mettre en place les moyens de rencontre : colloques pléniers, ateliers thématiques, échange de jeunes chercheurs, mise en place d’un site WEB. La réussite du projet se concrétisera aussi par l’organisation d’une école pluridisciplinaire. Tout ceci doit permettre de susciter des coopérations nouvelles et de pouvoir ainsi mieux répondre aux nouveaux défis européens.

Les domaines d’action du GdR COMES

Matériaux

Photo-chromes organiques en matrice polymère.

Polymères et cristaux moléculaires photo-sensibles.

Chromophores pour l’ONL

Solides moléculaires à transition neutre-ionique.

Solides à transition de spin.

Solides à photo-transfert de charge (électron ou proton), tautomères de valence, analogues photo-magnétiques du Bleu de Prusse . Clusters et solides à 2 et 3D.

Matériaux bi-fonctionnels (ONL/magnétisme, conducteurs moléculaires photo-chromiques…) et multicouches moléculaires.

Synthèse et caractérisation

Synthèse organique, inorganique, hybride, auto-assemblage, couches minces, polymères et cristaux.

Etudes structurales par diffractions et sondes locales.

Méthodes d’études physiques et développements expérimentaux

Optique et imagerie en champ proche et lointain.

Spectroscopie et fluorescence (résolues en temps)

Génération de second harmonique (sous lumière, champ électrique…)

Diffraction et absorption X (résolues en temps), diffraction neutronique.

Spectrocopie vibrationnelle ultra-rapide.

Fluorescence de molécule unique.

Magnétisme (champs statiques et pulsés), Photo-Magnétisme et Magnéto-Optique.

Micro-Raman, -dichroïsme, -biréfringence. Couplage Raman-SNOM

Photo-conductivité. Micro-calorimétrie sous irradiation.

Processus et phénomènes

Photo-transfert d’électrons et protons. Déclenchement par ligand photo-isomérisable.

Thermo-photo-piezo-magnéto-électro-chromismes

Processus de transfert d’excitations.

Structures et proriétés photo-induites, Effets photo-mécaniques.

Organisation moléculaire et réorientation photo-induites.

Effets non-linéaires d’origine coopérative, bistabilité photo-induite.

Phénomènes spatio-temporels. Nano-adressage. Mileux photo-réfractifs et réseaux holographiques.

Théorie et modélisation

Modèles moléculaires, calculs DFT, modélisation quantique des interactions molécule/matrice.

Dynamique de réseau : condensation de modes excités et transition de phase photo-induite.

Réseaux phénoménologiques à 2 états (type Ising) : statique et dynamique microscopiques.

Dispositifs et applications

Polymères nanostéréolithographiés (résines photo-polymérisables).

Affichage

Mémoires réinscriptibles.

Nano-moteurs.

Applications biologiques de la spectrométrie de molécule unique.