B2 · Episode 1 · 4:48
The Science of Molecular Magnets
French researcher Fabrice Pointillart explains how his team designs molecular magnets—molecules capable of storing information—and investigates their combined magnetic, redox, and luminescent properties using X-ray crystallography, SQUID magnetometry, and theoretical chemistry.
Source：Université de Rennes / Wikimedia Commons · License：CC BY 3.0
Transcript
Bonjour, je suis Fabrice Pointillart,
Hello, I'm Fabrice Pointillart.
chargé de recherche CNRS au sein de l'Université de Rennes 1,
I'm a CNRS research scientist at Université de Rennes 1.
et plus précisément, je travaille dans l'UMR 6226 de l'Institut des Sciences
More precisely, I work in UMR 6226 at the Institute of Chemical Sciences of Rennes.
Chimiques de Rennes.
This institute is part of Rennes University.
Notre activité de recherche consiste à élaborer des molécules qui vont être capables
Our research aims to design molecules capable of storing information—so-called molecular magnets.
de stocker une information qu'on appelle molécule- aimant.
These molecules possess magnetic properties.
En plus de cette caractéristique magnétique,
In addition to this magnetic property,
on va venir greffer des caractéristiques physico- chimiques supplémentaires telles
we also introduce additional physicochemical properties,
que l'oxydation redox ou bien encore la luminescence.
such as redox activity or luminescence.
Dans le contexte actuel, il faut essayer d'augmenter les performances au niveau du
Currently, we need to improve the performance of information storage devices,
stockage d'informations telles que les CD, les disques durs,
such as the storage capacity of CDs and hard drives.
les capacités qu'ils peuvent avoir.
That's one of our goals.
Donc pour cela, on va aller vers quelque chose de nanoscopique et non plus
Therefore, we must move toward the nanoscale,
macroscopique.
rather than the macroscopic scale.
Donc le développement des molécules aimants est absolument crucial pour la société.
Thus, developing molecular magnets is absolutely crucial for society.
La médaille de bronze du CNRS vient avant tout récompenser un travail de groupe sur
The CNRS Bronze Medal first honors team-based work on a multidisciplinary topic.
une thématique pluridisciplinaire.
This work spans several disciplines.
Et je pense vient également reconnaître en fait une idée originale d'association
I believe it also recognizes an original idea:
entre le ligand tétrathiofulvalène et les terrains.
combining the tetrathiafulvalene ligand with rare-earth metals.
Ici avant tout, on reste sur une recherche fondamentale, donc
Here, our work remains fundamental research,
on recherche la propriété.
so our main goal is to discover and confirm new properties.
Il reste beaucoup de choses à améliorer pour aller vers quelque chose de plus
Many aspects still need improvement to reach practical applications,
applicatif, comme la température à laquelle fonctionne nos systèmes.
for instance, the operating temperature of our systems.
Ici, on est à très, très basse température,
Right now, they only function at extremely low temperatures,
il va falloir augmenter cette température pour que le grand public puisse exploiter
so we must raise this temperature,
ces molécules et ce nouveau stockage de l'information pour les disques durs de
for tomorrow's hard drives.
demain. On obtient une jolie cristallisation comme ce composé.
For example, we've successfully grown high-quality single crystals of this compound.
On va aller voir les collègues de
We’ll go see the colleagues from the diffraction group,
la diffraction et on va prélever une certaine quantité de monocristaux qu'on va
and collect a certain amount of single crystals,
ensuite analyser sous le microscope afin de choisir le candidat idéal.
which we’ll then analyze under a microscope to select the ideal candidate.
Et ensuite, on va positionner ce monocristal sur le diffractomètre à rayons X.
Then, we’ll mount this single crystal onto the X-ray diffractometer.
et analyser les pics de diffraction pour essayer de remonter jusqu'à la structure de
Next, we’ll analyze the diffraction peaks to try to deduce
notre composé.
the structure of our compound.
Alors là, on visualise en fait les pics de diffraction qui arrivent sur le
Here, we’re actually visualizing the diffraction peaks hitting the detector.
détecteur. Donc chaque spot blanc en fait c'est un pic de diffraction.
Each white spot corresponds to one diffraction peak.
et plus on s'éloigne du centre et plus le cristal diffracte à grands angles et donc
The farther a spot is from the center, the larger the diffraction angle,
c'est vraiment important pour nous pour avoir un maximum d'informations après
and this is crucial for us to obtain as much information as possible later,
lorsqu'on va réaliser la
especially when we carry out
résolution de structure.
structure determination.
Donc après résolution de la structure des monocristaux qu'on a pu voir en
After solving the structure of the single crystals we previously studied by diffraction,
diffraction précédemment.
we now have their structural information.
On va en fait pouvoir visualiser la molécule.
We can then actually visualize the molecule.
Alors l'atome de dysprosium 3 est situé au milieu de la série des terres rares,
The dysprosium(III) ion lies in the middle of the rare-earth series,
et c'est l'un des atomes les plus intéressants d'un point de vue magnétique,
and it’s one of the most interesting atoms magnetically,
puisqu'en fait il a toutes les caractéristiques requises pour aller vers la
since it possesses all the required characteristics to achieve molecular magnet behavior,
propriété de molécule aimant.
i.e., to become a molecular magnet.
Donc il faut savoir qu'au sein du groupe,
Within our research group, we exploit
on exploite en fait les propriétés luminescentes pour essayer d'en apprendre plus au
luminescent properties to learn more about magnetic properties;
niveau des propriétés magnétiques,
indeed, the origins of both mechanisms are shared:
puisqu'en fait l'origine des deux mécanismes est commune,
in other words, luminescence is essentially
c'est- à- dire qu'en fait on peut dire que la luminescence est en fait une
a ‘snapshot’ of the energy levels responsible for magnetic properties,
photographie des niveaux d'énergie qui sont responsables des propriétés magnétiques.
providing us with key insights.
Une caractérisation magnétique s'opère avec l'aide d'un appareil qui s'appelle un
Magnetic characterization is performed using a device called a
squid, et on va venir en fait plonger notre échantillon entre plusieurs bobines qui
SQUID; in practice, we immerse our sample between several coils that
vont générer un champ magnétique,
generate a magnetic field,
et on va regarder la réponse de notre échantillon par rapport à ce champ magnétique
and then observe our sample’s response to this applied magnetic field.
appliqué. Une fois qu'on va pouvoir visualiser les faits au niveau des propriétés
Once we can observe these phenomena at the level of physicochemical properties,
physico- chimiques, on va aller voir des chimistes théoriciens qui vont essayer,
we consult theoretical chemists, who attempt
eux, de comprendre d'un point de vue théorique pourquoi on observe telle ou telle
to understand— from a theoretical standpoint— why such or such a change occurs.
modification. Et le chimiste théoricien va revenir
Then, the theoretical chemist returns to the experimental chemist, who
voir le chimiste qui, lui, va essayer à nouveau de réadapter son système,
in turn tries to readjust his system,
de modifier son système pour qu'il fonctionne à plus haute température.
modifying it so it functions at higher temperatures.
Comme un résultat marquant au sein du groupe,
A notable achievement within our group is that
on peut noter qu'on a un certain nombre de systèmes qui sont déjà capables de
we already have several systems capable of storing information at low temperatures.
stocker de l'information à basse température.
And this property has already been confirmed.
Et un fait remarquable, c'est que cette caractéristique, cette propriété,
Remarkably,
fonctionne aussi bien à l'état cristallin qu'en solution.
this characteristic works equally well in both crystalline and solution states.
Donc il est très important qu'on puisse conserver nos propriétés en solution pour
It is therefore crucial that we preserve our properties in solution,
aller plus loin et imaginer déposer ces molécules sur les surfaces et élaborer des
so we can move forward—for instance, by depositing these molecules onto surfaces—
dispositifs avec nos systèmes.
and developing devices based on our systems.
Ce qui me motive dans la recherche de tous les jours,
What motivates me in my daily research is
c'est ce libre arbitre et cette liberté de penser que je peux avoir.
the free will and intellectual freedom I possess.
Et de pouvoir visualiser les
I can envision
nouveaux systèmes qui vont sortir de mon imagination,
novel systems emerging from my imagination,
et ensuite d'en découvrir les propriétés physiques.
and then discover their physical properties.