Dans les années 1990 plusieurs groupes se sont engagés dans la mise au point de polymères purement organiques présentant des propriétés magnétiques collectives avec idéalement une transition ferromagnétique. Le meilleur résultat dans ce domaine a été publié en 2001 par le groupe du Pr. Rajca : il s’agit d’un polymère organique à haut-spin (S~5000) et présentant des propriétés de type verre de spin. Malheureusement les porteurs de spin présents dans ce matériau ne sont chimiquement stables qu’à basse température (T <100 K) ce qui ne permet pas d’explorer d’éventuelles applications en particulier en électronique organique. Deux groupes de l’Inac (SCIB/LRM et SPrAM/LEMOH) collaborent avec les chimistes polyméristes de l’Université Polytechnique de Varsovie pour mettre au point de nouveaux polymères dérivés de la polyaniline dont les porteurs de spin sont, quant à eux, stables à l’ambiante.
Les caractérisations magnétiques (RPE pulsée, SQUID) et les calculs DFT effectués à l’Inac permettent de guider les synthèses de ces nouveaux polymères vers les structures qui favorisent à la fois les états haut spin et la stabilité des porteurs de spin. Ces travaux ont débouché récemment sur l’obtention de polyanilines à chaîne linéaire dont les porteurs de spin sont stables plusieurs heures à l’ambiante et qui présentent un état haut-spin pur en solution gelée (S=2 sur l’exemple présenté Figure 1).
Figure 1. Spectre de nutation par RPE pulsée de polymère PN dopé. Chaque multiplicité de spin correspond à des fréquences de nutation bien précises. Ici on observe que les spins électroniques sont couplés dans des états S=2 sans qu'il reste des spin S=1/2 non couplés.
Les études à venir vont se focaliser 1/sur l’amélioration de la stabilité chimique des porteurs en modulant plus finement leurs propriétés redox et 2/ sur les relations entre la conformation de la chaine polymère et les propriétés magnétiques (Cf. figure 2) et 3/ sur l’étude des propriétés magnétiques de ces polymères une fois mis en forme en films ou en phase cristalline.
Figure 2. Echantillons de polymères dopés à différents taux de dopage (plus l'échantillon est foncé plus il est dopé) utilisés pour la diffusion de neutrons sur l'expérience PACE du LLB (Saclay) afin de relier les propriétés magnétiques observées aux conformations adoptées par la chaîne polymère.