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Faire une suggestion Affiner la rechercheInvestigation of the film growth and physical properties of thin molecular layers of the spin crossover compound Fe(HB(tz)3)2 / Alin-Ciprian Bas
Titre : Investigation of the film growth and physical properties of thin molecular layers of the spin crossover compound Fe(HB(tz)3)2 Titre original : Etude de la croissance et des propriétés physiques des couches minces moléculaires du composé Fe(HB(tz)3)2 à transition de spin Type de document : texte imprimé Auteurs : Alin-Ciprian Bas, Auteur ; Gabor Molnar, Directeur de thèse ; Christophe Thibault, Directeur de thèse Année de publication : 2019 Langues : Anglais (eng) Tags : SPIN CROSSOVER THIN FILMS LUMINESCENCE ATOMIC FORCE MICROSCOPY
MICROSCOPIE A FORCE ATOMIQUE COUCHES MINCES TRANSITION DE SPINRésumé : "The recent progress in the nanoscale synthesis and organization of molecular spin crossover (SCO) materials allowed the elaboration of a variety of molecular nano-objects (nanoparticles, thin films, nanopatterns, nanoscale assemblies, etc.) exhibiting SCO properties. These new nanometer-sized materials offer the appealing possibility to exploit their switchable properties at the nanometric scale and open the way for the integration and implementation of SCO in various applications (sensors, actuators, information processing and storage devices). Despite the considerable progress accomplished, numerous challenges remain to be addressed. Notably, it appears crucial to enlarge considerably the portfolio of SCO complexes displaying robust, near room temperature switching properties. Turning these compounds into high quality nanomaterials calls also for rigorous material science studies along with fundamental understanding of the role of surface/interface properties on the desired functionality. Of particular importance would be to clarify if the robustness of the SCO phenomenon can meet the stringent requirements for 'real world' applications. In this context, this thesis work describes the growth and physical properties of nanometric thin films of the SCO compound Fe(HB(tz)3)2 (tz = 1,2,4-triazol-1-yl). Notably we describe the vacuum deposition of this compound by thermal evaporation and we show that a straightforward solvent vapor annealing process allows for obtaining high quality, nanometric thin films exhibiting SCO near room temperature. We reveal also an unprecedented and unexpected reversibility of the SCO in these films over numerous switching cycles (> million) as well as its thermal, environmental and processing stability. This exceptional stability of the SCO allowed us (1) to carry out a careful investigation of finite size effects for different film thicknesses as well as (2) to implement quantitative atomic force microscopy imaging of the films with particular emphasis on the analysis of mechanical properties (Young's modulus, loss tangent, etc.). In view of high spatial resolution near-field optical studies, we also developed hybrid luminescent - SCO films consisting of a combination of Fe(HB(tz)3)2 and Ir(ppy)3 (ppy = 2-phenylpyridine) molecules and demonstrated the luminescence modulation by the SCO."
"Les progrès récents réalisés pour la synthèse à l'échelle nanométrique et dans l'organisation de matériaux à transition de spin ont permis l'élaboration d'une variété de nano-objets moléculaires (nanoparticules, films minces, nano-motifs, assemblages à l'échelle nanométrique, etc.) présentant des propriétés remarquables. Ces nouveaux matériaux de tailles nanométriques offrent la possibilité intéressante d'exploiter leurs propriétés commutables à l'échelle nanométrique et ouvrent la voie à l'intégration et à la mise en application du phénomène de transition de spin dans diverses applications (capteurs, actionneurs, dispositifs pour le traitement de l'information et de stockage). Malgré les progrès considérables accomplis, il reste de nombreux défis à relever. Notamment, il apparaît crucial d'élargir considérablement le portefeuille de complexes à transition de spin montrant des propriétés de commutation robustes proches de la température ambiante. La transformation de ces composés en nanomatériaux de haute qualité nécessite également des études scientifiques approfondies sur la science des matériaux ainsi qu'une compréhension fondamentale du rôle des propriétés de surface / interface sur la fonctionnalité souhaitée. Il serait particulièrement important de préciser si la robustesse du phénomène peut répondre aux exigences strictes pour une application "réelle". Dans ce contexte, ce travail de thèse décrit la croissance et les propriétés physiques de couches minces de tailles nanométriques du composé Fe(HB(tz)3)2 (tz = 1,2,4-triazol-1-yl). Notamment, nous décrivons le dépôt sous vide de ce composé par évaporation thermique et montrons qu'un simple processus de recuit par vapeur de solvant permet d'obtenir des films minces nanométriques de haute qualité présentant une transition de spin proche de la température ambiante. Nous révélons également une résilience sur de nombreux cycles de commutation (> million) de la transition de spin dans ces films qui montrent également une bonne stabilité thermique, environnementale et une excellente processabilité. Cette stabilité exceptionnelle nous a permis (1) de mener une étude minutieuse des effets de taille sur les propriétés de transition, ainsi que (2) de mettre en œuvre une imagerie quantitative des films par microscopie à force atomique avec un accent particulier sur l'analyse des propriétés mécaniques (module de Young, tangente de perte, etc.). En vue d'études plus approfondies en optique en champ proche à haute résolution spatiale, nous avons également mis au point des films hybrides luminescents à transition de spin consistant en une combinaison de molécules Fe(HB(tz)3)2 et de Ir(ppy)3 (ppy = 2-phénylpyridine) et démontré la modulation de la luminescence par le composé à transition de spin."Document : Thèse de Doctorat Etablissement_delivrance : Université de Toulouse 3 Date_soutenance : 20/02/2019 Ecole_doctorale : Sciences de la Matière (SdM) Domaine : Physics / Chimie-Physique En ligne : https://theses.hal.science/tel-02535306 Investigation of the film growth and physical properties of thin molecular layers of the spin crossover compound Fe(HB(tz)3)2 = Etude de la croissance et des propriétés physiques des couches minces moléculaires du composé Fe(HB(tz)3)2 à transition de spin [texte imprimé] / Alin-Ciprian Bas, Auteur ; Gabor Molnar, Directeur de thèse ; Christophe Thibault, Directeur de thèse . - 2019.
Langues : Anglais (eng)
Tags : SPIN CROSSOVER THIN FILMS LUMINESCENCE ATOMIC FORCE MICROSCOPY
MICROSCOPIE A FORCE ATOMIQUE COUCHES MINCES TRANSITION DE SPINRésumé : "The recent progress in the nanoscale synthesis and organization of molecular spin crossover (SCO) materials allowed the elaboration of a variety of molecular nano-objects (nanoparticles, thin films, nanopatterns, nanoscale assemblies, etc.) exhibiting SCO properties. These new nanometer-sized materials offer the appealing possibility to exploit their switchable properties at the nanometric scale and open the way for the integration and implementation of SCO in various applications (sensors, actuators, information processing and storage devices). Despite the considerable progress accomplished, numerous challenges remain to be addressed. Notably, it appears crucial to enlarge considerably the portfolio of SCO complexes displaying robust, near room temperature switching properties. Turning these compounds into high quality nanomaterials calls also for rigorous material science studies along with fundamental understanding of the role of surface/interface properties on the desired functionality. Of particular importance would be to clarify if the robustness of the SCO phenomenon can meet the stringent requirements for 'real world' applications. In this context, this thesis work describes the growth and physical properties of nanometric thin films of the SCO compound Fe(HB(tz)3)2 (tz = 1,2,4-triazol-1-yl). Notably we describe the vacuum deposition of this compound by thermal evaporation and we show that a straightforward solvent vapor annealing process allows for obtaining high quality, nanometric thin films exhibiting SCO near room temperature. We reveal also an unprecedented and unexpected reversibility of the SCO in these films over numerous switching cycles (> million) as well as its thermal, environmental and processing stability. This exceptional stability of the SCO allowed us (1) to carry out a careful investigation of finite size effects for different film thicknesses as well as (2) to implement quantitative atomic force microscopy imaging of the films with particular emphasis on the analysis of mechanical properties (Young's modulus, loss tangent, etc.). In view of high spatial resolution near-field optical studies, we also developed hybrid luminescent - SCO films consisting of a combination of Fe(HB(tz)3)2 and Ir(ppy)3 (ppy = 2-phenylpyridine) molecules and demonstrated the luminescence modulation by the SCO."
"Les progrès récents réalisés pour la synthèse à l'échelle nanométrique et dans l'organisation de matériaux à transition de spin ont permis l'élaboration d'une variété de nano-objets moléculaires (nanoparticules, films minces, nano-motifs, assemblages à l'échelle nanométrique, etc.) présentant des propriétés remarquables. Ces nouveaux matériaux de tailles nanométriques offrent la possibilité intéressante d'exploiter leurs propriétés commutables à l'échelle nanométrique et ouvrent la voie à l'intégration et à la mise en application du phénomène de transition de spin dans diverses applications (capteurs, actionneurs, dispositifs pour le traitement de l'information et de stockage). Malgré les progrès considérables accomplis, il reste de nombreux défis à relever. Notamment, il apparaît crucial d'élargir considérablement le portefeuille de complexes à transition de spin montrant des propriétés de commutation robustes proches de la température ambiante. La transformation de ces composés en nanomatériaux de haute qualité nécessite également des études scientifiques approfondies sur la science des matériaux ainsi qu'une compréhension fondamentale du rôle des propriétés de surface / interface sur la fonctionnalité souhaitée. Il serait particulièrement important de préciser si la robustesse du phénomène peut répondre aux exigences strictes pour une application "réelle". Dans ce contexte, ce travail de thèse décrit la croissance et les propriétés physiques de couches minces de tailles nanométriques du composé Fe(HB(tz)3)2 (tz = 1,2,4-triazol-1-yl). Notamment, nous décrivons le dépôt sous vide de ce composé par évaporation thermique et montrons qu'un simple processus de recuit par vapeur de solvant permet d'obtenir des films minces nanométriques de haute qualité présentant une transition de spin proche de la température ambiante. Nous révélons également une résilience sur de nombreux cycles de commutation (> million) de la transition de spin dans ces films qui montrent également une bonne stabilité thermique, environnementale et une excellente processabilité. Cette stabilité exceptionnelle nous a permis (1) de mener une étude minutieuse des effets de taille sur les propriétés de transition, ainsi que (2) de mettre en œuvre une imagerie quantitative des films par microscopie à force atomique avec un accent particulier sur l'analyse des propriétés mécaniques (module de Young, tangente de perte, etc.). En vue d'études plus approfondies en optique en champ proche à haute résolution spatiale, nous avons également mis au point des films hybrides luminescents à transition de spin consistant en une combinaison de molécules Fe(HB(tz)3)2 et de Ir(ppy)3 (ppy = 2-phénylpyridine) et démontré la modulation de la luminescence par le composé à transition de spin."Document : Thèse de Doctorat Etablissement_delivrance : Université de Toulouse 3 Date_soutenance : 20/02/2019 Ecole_doctorale : Sciences de la Matière (SdM) Domaine : Physics / Chimie-Physique En ligne : https://theses.hal.science/tel-02535306
Titre : Micro et nano-actionneurs à base de matériaux moléculaires bistables Titre original : Micro and nanoactuators based on bistable molecular materials Type de document : texte imprimé Auteurs : Maria Dolores Manrique Juarez, Auteur ; Gabor Molnar, Directeur de thèse ; Azzedine Bousseksou, Directeur de thèse Année de publication : 2017 Langues : Français (fre) Tags : MEMS ACTIONNEURS CHANGEMENT DE VOLUME SCO
MEMS ACTUATORS VOLUME CHANGE SCORésumé : "Les systèmes microélectromécaniques (MEMS) sont des dispositifs de taille micrométrique capables de transformer un signal mécanique en un signal électrique et vice-versa. Ils sont aujourd'hui largement répandus dans notre vie quotidienne pour la détection, la transformation de l'énergie et l'actionnement de dispositifs grâce à leur faible dissipation énergétique, leur réponse ultra-rapide et leur grande sensibilité. Même si depuis plusieurs décennies, les progrès technologiques ont entraîné la miniaturisation des ces dispositifs, il reste nombreux challenges à surmonter dont l'un des plus importantes est l'intégration à l'échelle nanométrique d'actionneurs à base des matériaux dit " intelligents " (à ces dimensions, les matériaux habituellement utilisés perdent leurs propriétés d'actionnement). Dans ce contexte, ce travail de thèse avait pour objectif d'explorer l'utilisation des matériaux moléculaires à transition de spin pour le développement d'actionneurs électromécaniques. Dans ce but, nous avons conçu des microleviers en silicium que nous avons recouvert par différentes molécules à transition de spin soit par sublimation, soit par " spray-coating ". Les MEMS ont été caractérisés à température et pression variables en modes dynamique et statique à l'aide d'un unique dispositif expérimental. Les résultats obtenus démontrent que les molécules à transition de spin peuvent être intégrées, à l'aide de différents procédés de fabrication, dans des dispositifs MEMS et qu'il est possible de réaliser l'actionnement à l'aide d'une source d'énergie thermique (chauffage et refroidissement) et/ou lumineuse. Simultanément, cette étude a également permis d'évaluer les propriétés mécaniques des matériaux à transition de spin (module de Young, coefficient de Poisson) qui restent mal connues."
"Microelectromechanical systems (MEMS) are micrometric devices able to transform a mechanical signal into an electrical one and vice-versa. In the past years they have been successfully employed in different fields of our everyday life for sensing, transducing different forms of energy and for actuating purposes thanks to their low energy dissipation, fast response and high sensibility. Even if recent technological progress has allowed a considerable miniaturization of these devices, several challenges remain. In particular the integration of smart actuating materials at the nanometric scale remains arduous because in most cases they lose their actuating properties at reduced sizes. In this context, this thesis work aimed for exploring the possibility of using molecular spin crossover materials for the development of electromechanical actuators. To this aim we have conceived silicon microcantilevers, which have been coated by various spin crossover molecules using either thermal evaporation or spray-coating methods. The MEMS have been characterized at variable temperature and pressure both in dynamical and static modes using a single experimental setup. The results prove that spin crossover molecules can be successfully integrated into silicon MEMS devices using different fabrication processes and their actuation can be achieved using either a thermal energy source or light irradiation. In parallel, this work has allowed us to extract relevant mechanical properties of spin crossover materials (Young's modulus, Poisson's ratio), which have been largely unknown previously."Document : Thèse de Doctorat Etablissement_delivrance : Université de Toulouse 3 Date_soutenance : 28/11/2017 Ecole_doctorale : Sciences de la Matière (SdM) Domaine : Sciences et Génie des Matériaux En ligne : https://theses.hal.science/tel-01914945v1 Micro et nano-actionneurs à base de matériaux moléculaires bistables = Micro and nanoactuators based on bistable molecular materials [texte imprimé] / Maria Dolores Manrique Juarez, Auteur ; Gabor Molnar, Directeur de thèse ; Azzedine Bousseksou, Directeur de thèse . - 2017.
Langues : Français (fre)
Tags : MEMS ACTIONNEURS CHANGEMENT DE VOLUME SCO
MEMS ACTUATORS VOLUME CHANGE SCORésumé : "Les systèmes microélectromécaniques (MEMS) sont des dispositifs de taille micrométrique capables de transformer un signal mécanique en un signal électrique et vice-versa. Ils sont aujourd'hui largement répandus dans notre vie quotidienne pour la détection, la transformation de l'énergie et l'actionnement de dispositifs grâce à leur faible dissipation énergétique, leur réponse ultra-rapide et leur grande sensibilité. Même si depuis plusieurs décennies, les progrès technologiques ont entraîné la miniaturisation des ces dispositifs, il reste nombreux challenges à surmonter dont l'un des plus importantes est l'intégration à l'échelle nanométrique d'actionneurs à base des matériaux dit " intelligents " (à ces dimensions, les matériaux habituellement utilisés perdent leurs propriétés d'actionnement). Dans ce contexte, ce travail de thèse avait pour objectif d'explorer l'utilisation des matériaux moléculaires à transition de spin pour le développement d'actionneurs électromécaniques. Dans ce but, nous avons conçu des microleviers en silicium que nous avons recouvert par différentes molécules à transition de spin soit par sublimation, soit par " spray-coating ". Les MEMS ont été caractérisés à température et pression variables en modes dynamique et statique à l'aide d'un unique dispositif expérimental. Les résultats obtenus démontrent que les molécules à transition de spin peuvent être intégrées, à l'aide de différents procédés de fabrication, dans des dispositifs MEMS et qu'il est possible de réaliser l'actionnement à l'aide d'une source d'énergie thermique (chauffage et refroidissement) et/ou lumineuse. Simultanément, cette étude a également permis d'évaluer les propriétés mécaniques des matériaux à transition de spin (module de Young, coefficient de Poisson) qui restent mal connues."
"Microelectromechanical systems (MEMS) are micrometric devices able to transform a mechanical signal into an electrical one and vice-versa. In the past years they have been successfully employed in different fields of our everyday life for sensing, transducing different forms of energy and for actuating purposes thanks to their low energy dissipation, fast response and high sensibility. Even if recent technological progress has allowed a considerable miniaturization of these devices, several challenges remain. In particular the integration of smart actuating materials at the nanometric scale remains arduous because in most cases they lose their actuating properties at reduced sizes. In this context, this thesis work aimed for exploring the possibility of using molecular spin crossover materials for the development of electromechanical actuators. To this aim we have conceived silicon microcantilevers, which have been coated by various spin crossover molecules using either thermal evaporation or spray-coating methods. The MEMS have been characterized at variable temperature and pressure both in dynamical and static modes using a single experimental setup. The results prove that spin crossover molecules can be successfully integrated into silicon MEMS devices using different fabrication processes and their actuation can be achieved using either a thermal energy source or light irradiation. In parallel, this work has allowed us to extract relevant mechanical properties of spin crossover materials (Young's modulus, Poisson's ratio), which have been largely unknown previously."Document : Thèse de Doctorat Etablissement_delivrance : Université de Toulouse 3 Date_soutenance : 28/11/2017 Ecole_doctorale : Sciences de la Matière (SdM) Domaine : Sciences et Génie des Matériaux En ligne : https://theses.hal.science/tel-01914945v1
Titre : New approaches for high spatial and temporal resolution nanothermometry : development of hot wire nano heater devices and investigation of thermosensitive materials with fluorescent and spin crossover properties Titre original : Nouvelles approches de la nanothermométrie à hautes résolutions spatiales et temporelles : développement de dispositifs de chauffage à l'échelle nanométrique et études de matériaux thermosensibles par la fluorescence et les propriétés de la transition de spin Type de document : texte imprimé Auteurs : Olena Kraieva, Auteur ; Gabor Molnar, Directeur de thèse ; Azzedine Bousseksou, Directeur de thèse Année de publication : 2015 Langues : Anglais (eng) Tags : NANO THERMOMETRY SPIN CROSSOVER THERMAL IMAGING LITHOGRAPHY NANO-HEATER DEVICE LUMINOPHORE JOULE EFFECT
NANO THERMOMÉTRIE CROISEMENT DE SPIN IMAGERIE THERMIQUE LITHOGRAPHIE DISPOSITIF DE NANOCHAUFFAGE EFFET JULERésumé : "The overall objective of this PhD thesis was to develop novel micro- and nano-thermometry methods providing high spatial and temporal resolution thermal imaging. To achieve this goal we have focused on two tasks: First, we developed a nano-heater device that can be easily employed for the thermo-physical characterization of materials at the nanoscale. In a second time, using this platform we investigated thermo-sensitive materials, including different luminophores and spin crossover complexes as well as their mixtures. The nano-heater device, based on Joule-heated metallic nanowires, was fabricated by standard electron beam lithography. Due to their small thermal mass, nanowire based devices are particularly interesting in terms of response times and also in terms of confinement of the induced temperature changes. The thermal characterization of these heating elements was carried out using electrical and optical methods as well as finite element simulations. We have shown experimentally that our heaters can provide fast (< µs) and spatially well localized (< µm) T-jump perturbations (1 K < DeltaT < 80 K) driven by an electrical current pulse. Finite element simulations reproduced these experimental results with good accuracy and proved to be a powerful tool of prediction for the device design. Fluorescent materials, including organic dyes (Rhodamine B), inorganic nanoparticles (PbF2:Er3+/Yb3+, CdSe) and hybrid organic/inorganic nanoparticles ([Fe(Htrz)2(trz)]BF4@SiO2-pyrene), were then investigated for their thermometry performance. Overall, they were found useful for thermal imaging, but stability problems make quantitative measurements challenging with these materials. On the other hand, we have succeeded in synthesizing nanoparticle films of the (undoped) [Fe(Htrz)2(trz)]BF4 spin crossover complex, which allowed us to infer temperature changes through more robust optical reflectivity measurements. The thermal hysteresis loop in this material provides a long-term thermal memory effect which we used successfully to image very fast (˜µs) transient temperature changes with high spatial resolution (sub-µm) - even when the heat is dissipated. This original method provides an unprecedented combination of spatio-temporal sensitivity within the field of nanothermometry with promising potential applications."
"L'objectif de cette thèse était de développer de nouvelles méthodes micro- et nano-thermométriques proposant de hautes résolutions spatiales et temporelles. Dans ce cadre nous nous sommes concentrés sur deux tâches : dans un premier temps, nous avons développé un dispositif de nano-chauffage qui peut aisément servir à la caractérisation thermo-physique de matériaux à l'échelle nanométrique. Dans un second temps, en utilisant cette plate-forme nous avons étudié des matériaux thermosensibles, incluant divers luminophores et des complexes à transition de spin ainsi que leurs mélanges. Les dispositifs de nano-chauffage, basés sur des nanofils chauffés par effet Joule, ont été fabriqués par lithographie électronique conventionnelle. Grâce à leur faible inertie thermique, les dispositifs basés sur des nanofils sont particulièrement intéressants en termes de temps de réponse et de confinement des changements de température induits. La caractérisation thermique de ces éléments de chauffage a été réalisée à l'aide de méthodes électriques et optiques ainsi que de simulations par éléments finis. Nous avons montré expérimentalement que nos chauffages prodiguent des perturbations en température (1 K < DeltaT < 80 K) rapides (< µs) et spatialement localisées (< µm) lorsque stimulées par des impulsions de courant électrique. Les simulations par éléments finis reproduisent ces résultats expérimentaux avec une bonne précision et prouvent ainsi leur intérêt pour le design de tels dispositifs. Les performances thermométriques de matériaux fluorescents, incluant des colorants organiques (Rhodamine B), des nanoparticules inorganiques (PbF2:Er3+/Yb3+, CdSe) et des nanoparticules hybrides organiques/inorganiques ([Fe(Htrz)2(trz)]BF4@SiO2-pyrene), ont ensuite été étudiées. D'une manière générale, leur intérêt pour l'imagerie thermique a été démontré, mais des problèmes de stabilité rendent les mesures quantitatives difficiles avec de tels matériaux. D'un autre côté, nous avons réussi à synthétiser des films de nanoparticules du complexe à transition de spin [Fe(Htrz)2(trz)]BF4 (non-dopé). Ces films qui nous ont permis de suivre les changements de température à l'aide de mesures de réflectivité optique plus robustes. La boucle d'hystérèse thermique dans ce matériau procure un effet de mémoire thermique à long terme dont nous avons usé avec succès pour imager les changements de température très rapides (< µs) et spatialement localisés (< µm) - même après que la chaleur se soit dissipée. Cette méthode originale nous procure une combinaison sans précédent de sensitivité spatio-temporelle dans le champ de la nano-thermométrie aux applications pratiques prometteuses."Document : Thèse de Doctorat Etablissement_delivrance : Université de Toulouse 3 Date_soutenance : 26/10/2015 Ecole_doctorale : Sciences de la Matière (SdM) Domaine : Nano-physique, Nano-composants, Nano-mesures En ligne : https://theses.fr/2015TOU30315 New approaches for high spatial and temporal resolution nanothermometry : development of hot wire nano heater devices and investigation of thermosensitive materials with fluorescent and spin crossover properties = Nouvelles approches de la nanothermométrie à hautes résolutions spatiales et temporelles : développement de dispositifs de chauffage à l'échelle nanométrique et études de matériaux thermosensibles par la fluorescence et les propriétés de la transition de spin [texte imprimé] / Olena Kraieva, Auteur ; Gabor Molnar, Directeur de thèse ; Azzedine Bousseksou, Directeur de thèse . - 2015.
Langues : Anglais (eng)
Tags : NANO THERMOMETRY SPIN CROSSOVER THERMAL IMAGING LITHOGRAPHY NANO-HEATER DEVICE LUMINOPHORE JOULE EFFECT
NANO THERMOMÉTRIE CROISEMENT DE SPIN IMAGERIE THERMIQUE LITHOGRAPHIE DISPOSITIF DE NANOCHAUFFAGE EFFET JULERésumé : "The overall objective of this PhD thesis was to develop novel micro- and nano-thermometry methods providing high spatial and temporal resolution thermal imaging. To achieve this goal we have focused on two tasks: First, we developed a nano-heater device that can be easily employed for the thermo-physical characterization of materials at the nanoscale. In a second time, using this platform we investigated thermo-sensitive materials, including different luminophores and spin crossover complexes as well as their mixtures. The nano-heater device, based on Joule-heated metallic nanowires, was fabricated by standard electron beam lithography. Due to their small thermal mass, nanowire based devices are particularly interesting in terms of response times and also in terms of confinement of the induced temperature changes. The thermal characterization of these heating elements was carried out using electrical and optical methods as well as finite element simulations. We have shown experimentally that our heaters can provide fast (< µs) and spatially well localized (< µm) T-jump perturbations (1 K < DeltaT < 80 K) driven by an electrical current pulse. Finite element simulations reproduced these experimental results with good accuracy and proved to be a powerful tool of prediction for the device design. Fluorescent materials, including organic dyes (Rhodamine B), inorganic nanoparticles (PbF2:Er3+/Yb3+, CdSe) and hybrid organic/inorganic nanoparticles ([Fe(Htrz)2(trz)]BF4@SiO2-pyrene), were then investigated for their thermometry performance. Overall, they were found useful for thermal imaging, but stability problems make quantitative measurements challenging with these materials. On the other hand, we have succeeded in synthesizing nanoparticle films of the (undoped) [Fe(Htrz)2(trz)]BF4 spin crossover complex, which allowed us to infer temperature changes through more robust optical reflectivity measurements. The thermal hysteresis loop in this material provides a long-term thermal memory effect which we used successfully to image very fast (˜µs) transient temperature changes with high spatial resolution (sub-µm) - even when the heat is dissipated. This original method provides an unprecedented combination of spatio-temporal sensitivity within the field of nanothermometry with promising potential applications."
"L'objectif de cette thèse était de développer de nouvelles méthodes micro- et nano-thermométriques proposant de hautes résolutions spatiales et temporelles. Dans ce cadre nous nous sommes concentrés sur deux tâches : dans un premier temps, nous avons développé un dispositif de nano-chauffage qui peut aisément servir à la caractérisation thermo-physique de matériaux à l'échelle nanométrique. Dans un second temps, en utilisant cette plate-forme nous avons étudié des matériaux thermosensibles, incluant divers luminophores et des complexes à transition de spin ainsi que leurs mélanges. Les dispositifs de nano-chauffage, basés sur des nanofils chauffés par effet Joule, ont été fabriqués par lithographie électronique conventionnelle. Grâce à leur faible inertie thermique, les dispositifs basés sur des nanofils sont particulièrement intéressants en termes de temps de réponse et de confinement des changements de température induits. La caractérisation thermique de ces éléments de chauffage a été réalisée à l'aide de méthodes électriques et optiques ainsi que de simulations par éléments finis. Nous avons montré expérimentalement que nos chauffages prodiguent des perturbations en température (1 K < DeltaT < 80 K) rapides (< µs) et spatialement localisées (< µm) lorsque stimulées par des impulsions de courant électrique. Les simulations par éléments finis reproduisent ces résultats expérimentaux avec une bonne précision et prouvent ainsi leur intérêt pour le design de tels dispositifs. Les performances thermométriques de matériaux fluorescents, incluant des colorants organiques (Rhodamine B), des nanoparticules inorganiques (PbF2:Er3+/Yb3+, CdSe) et des nanoparticules hybrides organiques/inorganiques ([Fe(Htrz)2(trz)]BF4@SiO2-pyrene), ont ensuite été étudiées. D'une manière générale, leur intérêt pour l'imagerie thermique a été démontré, mais des problèmes de stabilité rendent les mesures quantitatives difficiles avec de tels matériaux. D'un autre côté, nous avons réussi à synthétiser des films de nanoparticules du complexe à transition de spin [Fe(Htrz)2(trz)]BF4 (non-dopé). Ces films qui nous ont permis de suivre les changements de température à l'aide de mesures de réflectivité optique plus robustes. La boucle d'hystérèse thermique dans ce matériau procure un effet de mémoire thermique à long terme dont nous avons usé avec succès pour imager les changements de température très rapides (< µs) et spatialement localisés (< µm) - même après que la chaleur se soit dissipée. Cette méthode originale nous procure une combinaison sans précédent de sensitivité spatio-temporelle dans le champ de la nano-thermométrie aux applications pratiques prometteuses."Document : Thèse de Doctorat Etablissement_delivrance : Université de Toulouse 3 Date_soutenance : 26/10/2015 Ecole_doctorale : Sciences de la Matière (SdM) Domaine : Nano-physique, Nano-composants, Nano-mesures En ligne : https://theses.fr/2015TOU30315
Titre : Electronic and optical devices integrating thin films of the spin crossover complex [Fe(HB(1,2,4-triazol-1-yl)3)2] Titre original : Dispositifs électroniques et optiques à base de complexe à transition de spin [Fe(HB(1,2,4-triazol-1-yl)3)2] Type de document : texte imprimé Auteurs : Yuteng Zhang, Auteur ; Gabor Molnar, Directeur de thèse ; Azzedine Bousseksou, Directeur de thèse Année de publication : 2021 Langues : Anglais (eng) Tags : SPIN CROSSOVER THIN FILMS ELECTRONIC DEVICES OPTICAL CAVITIES
CAVITÉS OPTIQUES, DISPOSITIFS ÉLECTRONIQUES, COUCHES MINCES, TRANSITION DE SPINRésumé : "The central aim of this thesis is the exploration of potential applications of molecular spin crossover complexes in electronic and photonic devices. To this aim vacuum thermal deposited, high quality, crystalline thin films of the complex [Fe(HB(tz)3)2] (tz = (1,2,4-triazol-1-yl), displaying robust, above-room-temperature spin crossover, were incorporated into two- and three-terminal device configurations. Large-area, vertical junctions were formed by ITO/[Fe(HB(tz)3)2]/Al stacks. The junctions exhibited up to three orders of magnitude resistance drop when switching from the low-spin to the high-spin state. They revealed also high resistance to fatigue both on storage (> 1 year) and on repeated switching (>10,000) in ambient air. The resistance switching mechanism could be linked to the intrinsic charge transport in the spin crossover film. Similar multilayer junctions with magnetic electrodes were also fabricated for the first time. [Fe(HB(tz)3)2] films were then incorporated into organic field-effect transistors. Different device configurations were created (bottom gate/bottom contact, bottom gate/top contact) - aiming for the use of the spin crossover phenomenon to modulate the transfer/output characteristics of the transistors. Despite considerable difficulties in achieving reproducible temperature-dependent characterizations, we could evidence changes of the device characteristics, which may be related to the spin crossover phenomenon. In parallel, multilayer Ag/[Fe(HB(tz)3)2]/Ag Fabry-Perot cavities were also fabricated. These devices use the remarkable refractive index switching (?n = 0.04 - 0.2) between the low-spin and high-spin states in the [Fe(HB(tz)3)2] film to achieve modulation of the cavity resonance. This wavelength tuneability is coupled with low absorption losses in the visible and near infrared spectral ranges, providing scope for reconfigurable and self-adaptive photonics applications."
"L'objectif central de cette thèse est l'exploration des applications potentielles des complexes moléculaires à transition de spin dans les dispositifs électroniques et photoniques. Dans ce but, des films minces cristallins de haute qualité, déposés thermiquement sous vide, du complexe [Fe(HB(tz)3)2] (tz = (1,2,4-triazol-1-yl), présentant une bistabilité robuste à température ambiante, ont été incorporés dans des dispositifs à deux et trois bornes. Des jonctions verticales de grande surface ont été formées par des empilements ITO/[Fe(HB(tz)3)2]/Al. Ces jonctions ont présenté une chute de résistance allant jusqu'à trois ordres de grandeur lors du passage de l'état bas spin à l'état haut spin. Elles ont également révélé une grande résistance à la fatigue lors du stockage (> 1 an) et lors de commutations répétées (>10 000) à l'air ambiant. Le mécanisme de commutation de résistance pourrait être lié au transport de charge intrinsèque au film de complexe à transition de spin. Des jonctions multicouches similaires avec des électrodes magnétiques ont également été fabriquées pour la première fois. Des films de [Fe(HB(tz)3)2] ont été par la suite incorporés dans des transistors organiques à effet de champ. Différentes configurations ont été réalisées (grille inférieure/contact inférieur, grille inférieure/contact supérieur) - dans le but d'utiliser le phénomène de transition de spin pour moduler les propriétés des transistors. Malgré des difficultés considérables pour obtenir des caractérisations reproductibles en fonction de la température, nous avons pu mettre en évidence de modifications de différentes caractéristiques en fonction de la température, qui pourraient être liées à la transition de spin. En parallèle, des cavités multicouches Ag/[Fe(HB(tz)3)2]/Ag de type Fabry-Perot ont également été fabriquées. Ces dispositifs utilisent la commutation remarquable de l'indice de réfraction (n = 0,04 - 0,2) entre les états bas spin et haut spin dans le film [Fe(HB(tz)3)2] pour réaliser la modulation de la résonance de la cavité. Cette possibilité d'ajustement de la longueur d'onde centrale est associée à de faibles pertes d'absorption dans les domaines spectraux du visible et du proche infrarouge, ce qui ouvre la voie au développement des dispositifs photoniques reconfigurables et auto-adaptatives."Document : Thèse de Doctorat Etablissement_delivrance : Université de Toulouse 3 Date_soutenance : 14/12/2021 Ecole_doctorale : Sciences de la Matière (SdM) Domaine : Chimie Organométallique et de Coordination En ligne : https://theses.hal.science/tel-03693637 Electronic and optical devices integrating thin films of the spin crossover complex [Fe(HB(1,2,4-triazol-1-yl)3)2] = Dispositifs électroniques et optiques à base de complexe à transition de spin [Fe(HB(1,2,4-triazol-1-yl)3)2] [texte imprimé] / Yuteng Zhang, Auteur ; Gabor Molnar, Directeur de thèse ; Azzedine Bousseksou, Directeur de thèse . - 2021.
Langues : Anglais (eng)
Tags : SPIN CROSSOVER THIN FILMS ELECTRONIC DEVICES OPTICAL CAVITIES
CAVITÉS OPTIQUES, DISPOSITIFS ÉLECTRONIQUES, COUCHES MINCES, TRANSITION DE SPINRésumé : "The central aim of this thesis is the exploration of potential applications of molecular spin crossover complexes in electronic and photonic devices. To this aim vacuum thermal deposited, high quality, crystalline thin films of the complex [Fe(HB(tz)3)2] (tz = (1,2,4-triazol-1-yl), displaying robust, above-room-temperature spin crossover, were incorporated into two- and three-terminal device configurations. Large-area, vertical junctions were formed by ITO/[Fe(HB(tz)3)2]/Al stacks. The junctions exhibited up to three orders of magnitude resistance drop when switching from the low-spin to the high-spin state. They revealed also high resistance to fatigue both on storage (> 1 year) and on repeated switching (>10,000) in ambient air. The resistance switching mechanism could be linked to the intrinsic charge transport in the spin crossover film. Similar multilayer junctions with magnetic electrodes were also fabricated for the first time. [Fe(HB(tz)3)2] films were then incorporated into organic field-effect transistors. Different device configurations were created (bottom gate/bottom contact, bottom gate/top contact) - aiming for the use of the spin crossover phenomenon to modulate the transfer/output characteristics of the transistors. Despite considerable difficulties in achieving reproducible temperature-dependent characterizations, we could evidence changes of the device characteristics, which may be related to the spin crossover phenomenon. In parallel, multilayer Ag/[Fe(HB(tz)3)2]/Ag Fabry-Perot cavities were also fabricated. These devices use the remarkable refractive index switching (?n = 0.04 - 0.2) between the low-spin and high-spin states in the [Fe(HB(tz)3)2] film to achieve modulation of the cavity resonance. This wavelength tuneability is coupled with low absorption losses in the visible and near infrared spectral ranges, providing scope for reconfigurable and self-adaptive photonics applications."
"L'objectif central de cette thèse est l'exploration des applications potentielles des complexes moléculaires à transition de spin dans les dispositifs électroniques et photoniques. Dans ce but, des films minces cristallins de haute qualité, déposés thermiquement sous vide, du complexe [Fe(HB(tz)3)2] (tz = (1,2,4-triazol-1-yl), présentant une bistabilité robuste à température ambiante, ont été incorporés dans des dispositifs à deux et trois bornes. Des jonctions verticales de grande surface ont été formées par des empilements ITO/[Fe(HB(tz)3)2]/Al. Ces jonctions ont présenté une chute de résistance allant jusqu'à trois ordres de grandeur lors du passage de l'état bas spin à l'état haut spin. Elles ont également révélé une grande résistance à la fatigue lors du stockage (> 1 an) et lors de commutations répétées (>10 000) à l'air ambiant. Le mécanisme de commutation de résistance pourrait être lié au transport de charge intrinsèque au film de complexe à transition de spin. Des jonctions multicouches similaires avec des électrodes magnétiques ont également été fabriquées pour la première fois. Des films de [Fe(HB(tz)3)2] ont été par la suite incorporés dans des transistors organiques à effet de champ. Différentes configurations ont été réalisées (grille inférieure/contact inférieur, grille inférieure/contact supérieur) - dans le but d'utiliser le phénomène de transition de spin pour moduler les propriétés des transistors. Malgré des difficultés considérables pour obtenir des caractérisations reproductibles en fonction de la température, nous avons pu mettre en évidence de modifications de différentes caractéristiques en fonction de la température, qui pourraient être liées à la transition de spin. En parallèle, des cavités multicouches Ag/[Fe(HB(tz)3)2]/Ag de type Fabry-Perot ont également été fabriquées. Ces dispositifs utilisent la commutation remarquable de l'indice de réfraction (n = 0,04 - 0,2) entre les états bas spin et haut spin dans le film [Fe(HB(tz)3)2] pour réaliser la modulation de la résonance de la cavité. Cette possibilité d'ajustement de la longueur d'onde centrale est associée à de faibles pertes d'absorption dans les domaines spectraux du visible et du proche infrarouge, ce qui ouvre la voie au développement des dispositifs photoniques reconfigurables et auto-adaptatives."Document : Thèse de Doctorat Etablissement_delivrance : Université de Toulouse 3 Date_soutenance : 14/12/2021 Ecole_doctorale : Sciences de la Matière (SdM) Domaine : Chimie Organométallique et de Coordination En ligne : https://theses.hal.science/tel-03693637
Titre : Active photonic devices based on spin crossover molecules Titre original : Dispositifs photoniques actifs à base de molécules à transition de spin Type de document : texte imprimé Auteurs : Lijun Zhang, Auteur ; Salmon, Lionel, Directeur de thèse ; Gabor Molnar, Directeur de thèse Année de publication : 2023 Langues : Anglais (eng) Tags : SPIN TRANSITION THIN FILMS OPTICAL CAVITIES LIGHT-MATTER COUPLING
TRANSITION DE SPIN COUCHES MINCES CAVITES OPTIQUES COUPLAGE LUMIÈRE-MATIÈRERésumé : "This thesis focuses on molecular spin crossover (SCO) materials and aims at using the changes in optical properties accompanying the spin state switching to conceive active optical devices. Specifically, we follow two research strategies. On one hand, we harness the variation of the refractive index, DELTAn, between the low spin (LS) and high spin (HS) states to fabricate thermally tunable optical resonators working in the visible wavelength range. On the other hand, we exploit the change of the extinction coefficient, DELTAk, upon the spin transition to explore the light-matter coupling effects that can exist between SCO molecules and electromagnetic modes in optical cavities. For the first aim, Ag/SCO/Ag Fabry-Pérot cavities and Ag/SCO bilayer resonators were fabricated incorporating the SCO complex [Fe(HB(1,2,4-triazol-1-yl)3)2]. The switching of SCO molecules from the LS to the HS states caused significant blue shifts of the cavity resonances (up to 30 nm), associated with large optical modulations (up to 70 %), which were rationalized by transfer-matrix simulations. We leveraged these properties to demonstrate prospects for applications in optical limiters. For the second aim, Al/SCO bilayer cavities were fabricated using two isomeric SCO complexes, [Fe(HB(1,2,4-triazol-1-yl)3)2] and [Fe(HB(1,2,3-triazol-1-yl)3)2], displaying abrupt and gradual SCO behaviors, respectively. The appropriate tuning of the cavity resonances allowed us to achieve light-matter strong coupling in both systems with Rabi-splitting energies up to 550 meV. We demonstrated that the thermally induced switching of molecules between the two spin states allows a fine control of the light-matter hybridization strength, due to the change in the extinction coefficient during the spin transition. Through this thesis, we show that SCO compounds constitute a promising class of optical materials, providing scope for active tuning and reconfiguration of photonic devices."
"Cette thèse se focalise sur l'étude des matériaux moléculaires à transition de spin (SCO) et vise à utiliser le changement des propriétés optiques accompagnant la commutation de l'état de spin pour concevoir des dispositifs optiques actifs. Plus précisément, deux objectifs de recherche ont été poursuivis. D'une part, nous exploitons la variation de l'indice de réfraction de ces matériaux, DELTAn, entre les états bas-spin (LS) et haut-spin (HS), pour concevoir des résonateurs optiques thermiquement accordables, fonctionnant dans la gamme spectrale du visible. D'autre part, nous exploitons le changement du coefficient d'extinction, DELTAk, lors de la transition de spin, pour explorer les effets de couplage lumière-matière qui peuvent exister entre les molécules SCO et les modes électromagnétiques de cavité. Pour le premier objectif, des cavités Fabry-Pérot Ag/SCO/Ag ainsi que des résonateurs bicouches Ag/SCO ont été fabriqués en incorporant le complexe à transition de spin [Fe(HB(1,2,4-triazol-1-yl)3)2]. Nous avons montré que la commutation des molécules de l'état LS vers l'état HS entraine des déplacements spectraux importants des modes de résonance de la cavité vers le bleu (jusqu'à 30 nm), ainsi qu'une modulation notable du signal optique associé (jusqu'à 70 %). Ces différents effets ont été rationalisés via des simulations de matrices de transfert. Nous avons montré que ces propriétés de modulation optique peuvent être utilisées pour des applications concrètes de limitation optique. Pour le second objectif de ce travail de thèse, des structures résonantes bicouches Al/SCO ont été fabriquées en utilisant deux complexes isomères, [Fe(HB(1,2,4-triazol-1-yl)3)2] et [Fe(HB(1,2,3-triazol-1-yl)3)2], qui présentent respectivement une transition de spin thermique abrupte et graduelle entre les états LS et HS. La mise en résonance des modes optiques avec les bandes d'absorption moléculaires nous a permis d'atteindre un régime de couplage fort lumière-matière avec des énergies de Rabi allant jusqu'à 550 meV. Nous avons montré que la commutation des molécules entre les deux états de spin permet un contrôle fin de la force de ce couplage lumière-matière, en raison du changement du coefficient d'extinction du matériau pendant la transition de spin. Dans le cadre de cette thèse, nous montrons que les composés SCO constituent une classe prometteuse de matériaux optiques à changement de phase permettant un contrôle actif des dispositifs photoniques."Document : Thèse de Doctorat Etablissement_delivrance : Université de Toulouse 3 Date_soutenance : 20/09/2023 Ecole_doctorale : Sciences de la Matière (SdM) Domaine : Sciences et Génie des Matériaux En ligne : https://theses.hal.science/tel-04329631v1 Active photonic devices based on spin crossover molecules = Dispositifs photoniques actifs à base de molécules à transition de spin [texte imprimé] / Lijun Zhang, Auteur ; Salmon, Lionel, Directeur de thèse ; Gabor Molnar, Directeur de thèse . - 2023.
Langues : Anglais (eng)
Tags : SPIN TRANSITION THIN FILMS OPTICAL CAVITIES LIGHT-MATTER COUPLING
TRANSITION DE SPIN COUCHES MINCES CAVITES OPTIQUES COUPLAGE LUMIÈRE-MATIÈRERésumé : "This thesis focuses on molecular spin crossover (SCO) materials and aims at using the changes in optical properties accompanying the spin state switching to conceive active optical devices. Specifically, we follow two research strategies. On one hand, we harness the variation of the refractive index, DELTAn, between the low spin (LS) and high spin (HS) states to fabricate thermally tunable optical resonators working in the visible wavelength range. On the other hand, we exploit the change of the extinction coefficient, DELTAk, upon the spin transition to explore the light-matter coupling effects that can exist between SCO molecules and electromagnetic modes in optical cavities. For the first aim, Ag/SCO/Ag Fabry-Pérot cavities and Ag/SCO bilayer resonators were fabricated incorporating the SCO complex [Fe(HB(1,2,4-triazol-1-yl)3)2]. The switching of SCO molecules from the LS to the HS states caused significant blue shifts of the cavity resonances (up to 30 nm), associated with large optical modulations (up to 70 %), which were rationalized by transfer-matrix simulations. We leveraged these properties to demonstrate prospects for applications in optical limiters. For the second aim, Al/SCO bilayer cavities were fabricated using two isomeric SCO complexes, [Fe(HB(1,2,4-triazol-1-yl)3)2] and [Fe(HB(1,2,3-triazol-1-yl)3)2], displaying abrupt and gradual SCO behaviors, respectively. The appropriate tuning of the cavity resonances allowed us to achieve light-matter strong coupling in both systems with Rabi-splitting energies up to 550 meV. We demonstrated that the thermally induced switching of molecules between the two spin states allows a fine control of the light-matter hybridization strength, due to the change in the extinction coefficient during the spin transition. Through this thesis, we show that SCO compounds constitute a promising class of optical materials, providing scope for active tuning and reconfiguration of photonic devices."
"Cette thèse se focalise sur l'étude des matériaux moléculaires à transition de spin (SCO) et vise à utiliser le changement des propriétés optiques accompagnant la commutation de l'état de spin pour concevoir des dispositifs optiques actifs. Plus précisément, deux objectifs de recherche ont été poursuivis. D'une part, nous exploitons la variation de l'indice de réfraction de ces matériaux, DELTAn, entre les états bas-spin (LS) et haut-spin (HS), pour concevoir des résonateurs optiques thermiquement accordables, fonctionnant dans la gamme spectrale du visible. D'autre part, nous exploitons le changement du coefficient d'extinction, DELTAk, lors de la transition de spin, pour explorer les effets de couplage lumière-matière qui peuvent exister entre les molécules SCO et les modes électromagnétiques de cavité. Pour le premier objectif, des cavités Fabry-Pérot Ag/SCO/Ag ainsi que des résonateurs bicouches Ag/SCO ont été fabriqués en incorporant le complexe à transition de spin [Fe(HB(1,2,4-triazol-1-yl)3)2]. Nous avons montré que la commutation des molécules de l'état LS vers l'état HS entraine des déplacements spectraux importants des modes de résonance de la cavité vers le bleu (jusqu'à 30 nm), ainsi qu'une modulation notable du signal optique associé (jusqu'à 70 %). Ces différents effets ont été rationalisés via des simulations de matrices de transfert. Nous avons montré que ces propriétés de modulation optique peuvent être utilisées pour des applications concrètes de limitation optique. Pour le second objectif de ce travail de thèse, des structures résonantes bicouches Al/SCO ont été fabriquées en utilisant deux complexes isomères, [Fe(HB(1,2,4-triazol-1-yl)3)2] et [Fe(HB(1,2,3-triazol-1-yl)3)2], qui présentent respectivement une transition de spin thermique abrupte et graduelle entre les états LS et HS. La mise en résonance des modes optiques avec les bandes d'absorption moléculaires nous a permis d'atteindre un régime de couplage fort lumière-matière avec des énergies de Rabi allant jusqu'à 550 meV. Nous avons montré que la commutation des molécules entre les deux états de spin permet un contrôle fin de la force de ce couplage lumière-matière, en raison du changement du coefficient d'extinction du matériau pendant la transition de spin. Dans le cadre de cette thèse, nous montrons que les composés SCO constituent une classe prometteuse de matériaux optiques à changement de phase permettant un contrôle actif des dispositifs photoniques."Document : Thèse de Doctorat Etablissement_delivrance : Université de Toulouse 3 Date_soutenance : 20/09/2023 Ecole_doctorale : Sciences de la Matière (SdM) Domaine : Sciences et Génie des Matériaux En ligne : https://theses.hal.science/tel-04329631v1
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