Cette revue très complète fait le point sur les avancées récentes concernant les clathrates de type Hofmann, des matériaux de coordination remarquables par leur capacité à basculer entre un état haut spin (HS) et un état bas spin (LS) sous l’effet de stimuli externes (température, pression, lumière ou molécules invitées). Ce phénomène de transition de spin (SCO), réversible et souvent coopératif, en fait des candidats de choix pour des applications en électronique moléculaire, spintronique, stockage de données ou encore capteurs.

L’article fait un bilan des avancées en synthèse qui ont permis d’explorer ces matériaux sous toutes leurs formes : cristaux massifs, mais aussi nanoparticules et films minces, tout en préservant la propriété intéressante de transition de spin. Les auteurs étudient également l’influence de la structure de ces composés, leur dimensionnalité, la nature des ligands ou la connectivité entre métaux, sur les paramètres de la transition : température critique, largeur de l’hystérésis, ou encore comportements multi-étapes.

La façon dont la transition de spin peut être couplée à d’autres phénomènes électroniques, comme le transfert de charge est également un élément important. Maîtriser ces interactions permettra de synthétiser des matériaux SCO multifonctionnels avec des applications plus riches.

Un autre point marquant est que, fort heureusement, la miniaturisation de ces systèmes ne détruit pas systématiquement leur coopérativité. Certains travaux montrent même qu’on peut conserver ou renforcer ce comportement collectif à l’échelle nanométrique, une condition indispensable si on veut un jour les intégrer dans des composants réels.

L’article insiste également sur un autre levier pour moduler leurs propriétés : l’insertion de molécules invitées dans leurs pores. Selon la nature de cette molécule, il est possible de faire varier finement le comportement magnétique, la réponse optique ou les propriétés diélectriques de ces matériaux de type Hofmann. Il est donc possible d’envisager de les utiliser pour des capteurs ou des interrupteurs moléculaires capables de réagir à leur environnement.

Ces matériaux sont donc prometteurs mais il subsiste des écueils à leur utilisation : leur stabilité est souvent limitée à température ambiante, leur fragilité mécanique complique leur manipulation, et surtout les intégrer dans des dispositifs fonctionnels reste difficile. Ces matériaux au comportement fascinant en laboratoire doivent encore être optimisés pour rendre possible les applications concrètes. La synthèse rationnelle, le contrôle de la morphologie, et la modélisation théorique sont les axes de recherche qui permettront de concrétiser les applications prometteuses des clathrates de type Hofmann.

Un travail qui montre à quel point ces systèmes, à la frontière entre chimie et physique du solide, continuent de surprendre et d’inspirer.