Thèse Étude par Chimie Quantique de la Bistabilité Magnétique et des Propriétés de Décohérence des Complexes de Lanthanides H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Rennes École doctorale : École doctorale Science de la Matière, des Molécules et Matériaux Laboratoire de recherche : INSTITUT DES SCIENCES CHIMIQUES DE RENNES Direction de la thèse : Boris LE GUENNIC Date limite de candidature : 2026-07-24T00:00:00

Une thèse de doctorat à temps plein d'une durée de trois ans est proposée au sein de l'équipe de Chimie Théorique Inorganique (CTI) de l'Institut des Sciences Chimiques de Rennes (ISCR), sous la direction du Dr Boris Le Guennic et du Dr Rémi Maurice. Le contrat débutera en octobre 2026 pour une durée de trois ans et est entièrement financé par l'Agence Nationale de la Recherche dans le cadre du programme France 2030 - PEPR Technologies Quantiques (projet MolQif).

Les molécules-aimants à base de lanthanides (Single-Molecule Magnets, SMMs) sont aujourd'hui considérées comme des candidats prometteurs pour le stockage de données à haute densité, l'informatique quantique et les applications en spintronique, grâce à leur remarquable bistabilité magnétique et à leurs longs temps de relaxation. Ces propriétés découlent de la configuration électronique 4f des ions lanthanides, caractérisée par un fort couplage spin-orbite et une anisotropie magnétique importante. Toutefois, l'exploitation pratique de ces systèmes est souvent limitée par des phénomènes de décohérence, tels que l'effet tunnel quantique de l'aimantation (Quantum Tunneling of Magnetization, QTM) et le couplage spin-phonon, qui perturbent la stabilité de leurs états magnétiques. Comprendre et maîtriser ces mécanismes de décohérence à l'échelle de la chimie quantique est essentiel pour concevoir une nouvelle génération de molécules-aimants aux performances améliorées.

Cette thèse vise à mettre en oeuvre des méthodes de chimie quantique de pointe afin d'identifier les facteurs électroniques et structuraux responsables de la bistabilité magnétique et de la décohérence dans les complexes de lanthanides.

Les principaux objectifs du projet sont de modéliser théoriquement la bistabilité magnétique de complexes de lanthanides en étudiant leur structure électronique à l'aide de méthodes multiconfigurationnelles (CASSCF/SI-SO/PT2), permettant une description précise des états fondamentaux et excités. Le projet cherchera à élucider le rôle de la symétrie du champ de ligands, de la géométrie de coordination et de la séparation des niveaux induite par le champ cristallin dans la détermination de l'anisotropie magnétique et de la barrière énergétique associée au renversement de l'aimantation.

Une attention particulière sera portée à l'analyse quantique des mécanismes de décohérence, notamment à l'identification et à la quantification des contributions des processus de relaxation par effet tunnel quantique de l'aimantation (QTM), ainsi que des mécanismes de Raman et d'Orbach. Des simulations de dynamique de spin seront réalisées afin d'étudier l'influence des modes vibrationnels et des interactions avec l'environnement sur les temps de relaxation de spin (T et T).

Le projet visera également la conception rationnelle de nouvelles molécules-aimants à base de lanthanides, dotées d'environnements de ligands optimisés pour limiter les phénomènes de décohérence et renforcer la bistabilité magnétique.

Cette recherche sera menée en étroite collaboration avec nos partenaires expérimentateurs, dans un premier temps à Rennes, afin de confronter les prédictions théoriques aux observations expérimentales et de garantir leur validation.