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Engineering the magnetic coupling and anisotropy at the molecule–magnetic surface interface in molecular spintronic devices

Authors :
Frédéric Miserque
Victoria E. Campbell
Marie-Anne Arrio
Nicolas Suaud
Ludovic Tortech
Richard Mattana
Yannick J. Dappe
Philippe Ohresser
Talal Mallah
Pierre Seneor
Fadi Choueikani
Anouk Galtayries
Irene Cimatti
Régis Guillot
Edwige Otero
Monica Tonelli
Philippe Sainctavit
Nathalie Guihéry
Jean-Baptiste Moussy
Eric Rivière
Vijay Gopal Chilkuri
Florian Koprowiak
Sophie Delprat
Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux d'Orsay (ICMMO)
Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire Nano-Magnétisme et Oxydes (LNO)
Service de physique de l'état condensé (SPEC - UMR3680)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay
Institut Parisien de Chimie Moléculaire (IPCM)
Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Unité mixte de physique CNRS/Thales (UMPhy CNRS/THALES)
THALES [France]-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Synchrotron SOLEIL (SSOLEIL)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Systèmes étendus et magnétisme (LCPQ) (SEM)
Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques (LCPQ)
Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC)
Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)
Institut de Recherche de Chimie Paris (IRCP)
Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Ministère de la Culture (MC)
Laboratoire d'Etude de la Corrosion Aqueuse (LECA)
Service de la Corrosion et du Comportement des Matériaux dans leur Environnement (SCCME)
Département de Physico-Chimie (DPC)
CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département de Physico-Chimie (DPC)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay
Institut de minéralogie et de physique des milieux condensés (IMPMC)
Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Institut de Physique du Globe de Paris (IPG Paris)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)
Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-THALES [France]
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)
Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Ministère de la Culture (MC)
Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-IPG PARIS-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
THALES-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-THALES
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)
Source :
Nature Communications, Nature Communications, 2016, 7, pp.13646. ⟨10.1038/ncomms13646⟩, Nature Communications, Nature Publishing Group, 2016, 7, pp.13646. ⟨10.1038/ncomms13646⟩, Nature Communications, Vol 7, Iss 1, Pp 1-10 (2016)
Publication Year :
2016
Publisher :
HAL CCSD, 2016.

Abstract

A challenge in molecular spintronics is to control the magnetic coupling between magnetic molecules and magnetic electrodes to build efficient devices. Here we show that the nature of the magnetic ion of anchored metal complexes highly impacts the exchange coupling of the molecules with magnetic substrates. Surface anchoring alters the magnetic anisotropy of the cobalt(II)-containing complex (Co(Pyipa)2), and results in blocking of its magnetization due to the presence of a magnetic hysteresis loop. In contrast, no hysteresis loop is observed in the isostructural nickel(II)-containing complex (Ni(Pyipa)2). Through XMCD experiments and theoretical calculations we find that Co(Pyipa)2 is strongly ferromagnetically coupled to the surface, while Ni(Pyipa)2 is either not coupled or weakly antiferromagnetically coupled to the substrate. These results highlight the importance of the synergistic effect that the electronic structure of a metal ion and the organic ligands has on the exchange interaction and anisotropy occurring at the molecule–electrode interface.<br />Controlling the magnetic response of a molecular device is important for spintronic applications. Here the authors report the self-assembly, magnetic coupling, and anisotropy of two transition metal complexes bound to a ferrimagnetic surface, and probe the role of the nature of the transition metal ion.

Details

Language :
English
ISSN :
20411723
Database :
OpenAIRE
Journal :
Nature Communications, Nature Communications, 2016, 7, pp.13646. ⟨10.1038/ncomms13646⟩, Nature Communications, Nature Publishing Group, 2016, 7, pp.13646. ⟨10.1038/ncomms13646⟩, Nature Communications, Vol 7, Iss 1, Pp 1-10 (2016)
Accession number :
edsair.doi.dedup.....bcb390371f22152df61858526a1f76fd
Full Text :
https://doi.org/10.1038/ncomms13646⟩