en fr Study of the size dependence of the physical properties in spin crossover compounds Etude de la dpendance en taille des proprits physiques des composs transition de spin Report as inadecuate

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1 LCC - Laboratoire de chimie de coordination

Abstract : Spin crossover compounds are able to reversibly switch from a low spin to a high spin state under the application of an external stimulus temperature, light irradiation, etc

This transition is associated with an important modification of the physical properties elastic, magnetic, optical properties, etc

In particular, in the solid state, a memory effect hysteresis loop can occur. All these features are particularly attractive for applications in nano-devices. However, these properties are largely dependent on the object size. This size dependence can lead to a loss of the hysteresis loop, a modification of the phase stability and to incomplete transition. These phenomena have been studied through statistical and thermodynamical approaches highlighting the important role of interfaces. This thesis is focused on two points. First, a study of the surfaces through the spatial relaxation is performed by numerically solving Monte Carlo simulations and auto-convergence techniques Ising-like and - spin-phonon - models. The analysis of the surface correlation length surface thickness, revealed that the surface-volume coupling increases when getting closer to the transition temperature and that the spatial inhomogeneity can lead to incomplete transitions. On the other hand, an experimental study of the lattice dynamics is also performed. The density of phonon states is extracted from nuclear inelastic scattering in order to follow the size evolution of the vibrational and elastic properties. This experimental study is completed by the theoretical investigation molecular dynamics simulations, dynamical matrix method of the densities of vibrational states of cubic particles with an octahedral pattern allowing a better understanding of the coupling mechanisms of the different vibrational modes of the coordination octahedron in the solid state. Finally, the confinement effects and their consequences on the lattice dynamical parameters are discussed.

Rsum : Sous l-influence de stimuli externes temprature, irradiation lumineuse etc., les matriaux transition de spin peuvent commuter d-un tat bas spin vers un tat haut spin de manire rversible, entranant une modification importante de leurs proprits physiques lastique, magntique, optique etc

De plus, dans les matriaux massifs, la transition de spin est souvent accompagne d-un effet mmoire cycle d-hystrsis. Toutes ces proprits rendent ces matriaux molculaires particulirement attractifs pour des applications dans des dispositifs nanomtriques. Cependant, ces proprits sont gnralement fortement dpendantes de la taille de l-objet. Cette dpendance peut mener une perte du cycle d-hystrsis, une modification de la stabilit des phases et l-observation de transitions incompltes. Ces phnomnes ont t tudis travers des approches de physique statistique et de thermodynamique mettant en exergue le rle important des interfaces. Cette thse se place dans la continuit de ces travaux et se focalise sur deux aspects. D-une part, une tude des surfaces et de leur relaxation l-aide des modles de type Ising et - spin-phonon - rsolus numriquement Monte Carlo, auto-convergence. Il est montr que les phnomnes de surface modifient en profondeur les proprits du matriau, que le couplage entre surface et volume est d-autant plus important l-approche de la transition et que ces inhomognits spatiales peuvent tre l-origine des transitions incompltes observes. D-autre part, il est ralis une tude exprimentale de la dynamique du rseau l-aide de la diffusion nuclaire inlastique pour suivre l-volution des proprits lastiques et vibrationnelles avec la rduction de la taille travers la densit d-tats phononiques. Cette tude exprimentale est complte par une tude thorique-numrique, l-aide des techniques de la matrice dynamique et de la dynamique molculaire. Les densits d-tats vibrationnels de particules cubiques motif octadrique sont ainsi obtenues permettant d-apprhender les mcanismes de couplages des diffrents modes de vibration de l-octadre de coordination l-tat solide. Finalement, il est discut des effets de confinement et de leurs consquences sur les grandeurs lies la dynamique du rseau telles que la vitesse du son.

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Keywords : Spin transition Switchable molecular materials Size effect Lattice dynamics vibrational properties

Mots-cls : Transition de spin Matriaux molculaires commutables Effets de taille Dynamique du rseau Proprits vibrationnelles

Author: Mirko Mikolasek -

Source: https://hal.archives-ouvertes.fr/


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