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Le phénomène de la transition de spin
Certains complexes de métaux de transition peuvent exister sous deux états stables : l’état bas spin (BS) et l’état haut spin (HS). La transition de spin (TS), qui correspond au passage réversible d’un état à l’autre, est déclenchée par l’action d’un stimulus extérieur comme la température, l’irradiation lumineuse, l’application d’un champ magnétique ou d’une pression (cf. Figure). La transition de spin est accompagnée de plusieurs changements de propriétés physico-chimiques du matériau dont il est le siège. En effet, les propriétés mécaniques, optiques, électroniques et magnétiques du complexe dépendent fortement de son état de spin.
Par exemple :
- Différents complexes de fer II sont des solides blancs à l’état bas spin alors qu’à l’état haut spin se sont des solides roses.
- Le passage à l’état haut spin entraine un allongement de toutes les liaisons N-Fe, et conduit ainsi à une augmentation importante du volume de la sphère de coordination du fer (octaèdre FeN6).
Figure : Introduction du phénomène de la transition de spin pour un complexe de fer II
A l’état solide où les molécules peuvent interagir fortement entre elles, des transitions abruptes ainsi que la formation d’un cycle d’hystérésis peuvent être observées.
Ce cycle d’hystérésis représente un domaine de bistabilité (coloré en vert dans la Figure) ou autrement dit c’est une zone de température pour laquelle les deux états de spin sont stables.
Un effet mémoire est aussi observé. C’est-à-dire, dans ce domaine de bistabilité et à une même température (par exemple 50°C), le refroidissement du composé conduira à l’état HS (passage de l’état HS à l’état BS, courbe bleue), alors que l’état BS sera obtenu par chauffage du complexe (passage de l’état BS à HS, courbe rouge).
Ainsi la transition de spin représente un moyen très attractif de créer un matériau commutable. Ces matériaux trouvent des applications notamment en électronique, en optique et sont utilisés dans les actionneurs mécaniques.
Courbes de fraction HS en fonction de la température pour un complexe de Fer II à l’état solide. Les courbes rouge et bleue correspondent respectivement aux transitions BS à HS et HS à BS. Le domaine de bistabilité a été coloré en vert. Les T1/2 correspondent aux températures pour lesquelles la moitié du complexe est à l’état haut spin.
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