88 research outputs found
Concept of non-periodic metasurfaces based on positional gradients applied to IR-flat lenses
No full textInternational audienceWe describe a theoretical study of gradient metasurfaces that – unlike most theoretical designs requiring advanced fabrication techniques – could easily be produced by a simple patterning method, templated microlens lithography (TEMPL). We show here that positional gradients of identical microstructures can lead to a gradient of phase lag across the metasurface. Using a radial gradient in the pitch of a hexagonal array of identical microfabricated resonators, one could thus produce gradient metasurfaces with the ability to focus infrared light. We provide illustrative examples of devices and compare their theoretical capabilities
Synthesis of silicon spheres for optical metamaterials
No full textLes interactions entre la lumière et la matière peuvent être maîtrisées et exploitées grâce à des choix précis en matière de conception des matériaux, ce qui permet de concevoir de nouveaux composants optiques. Les métamatériaux constituent une classe spécifique de matériaux, décrivant un matériau fabriqué artificiellement qui dirige ou propage la lumière d'une manière dont les matériaux naturels sont incapables de le faire. La fabrication de ces matériaux implique l'assemblage de plusieurs éléments constitutifs, de dimensions inférieures à la longueur d'onde, en un réseau spécifiquement ordonné. L'efficacité de la diffusion, la taille et la forme des particules sont des considérations importantes dans la conception de métamatériaux efficaces.Les particules de silicium, dont la taille varie de quelques nanomètres à des centaines de nanomètres, sont devenues des candidats prometteurs pour la conception de métamatériaux optiques. Grâce à leur indice de réfraction élevé et à leur faible coefficient d'adsorption aux fréquences visibles, les particules de silicium présentent une diffusion intense de la lumière dans le spectre de la lumière visible. La diffusion observée est le résultat des résonances de Mie, un phénomène optique qui décrit l'interaction entre la lumière et les particules diélectriques sub-longueur d'onde. Les résonances de Mie permettent d'adapter les propriétés optiques souhaitées dans les métamatériaux à base de silicium. Les particules de silicium idéales doivent être sphériques, entre 75 et 200 nm, monodisperses, denses et cristallines.Les synthèses de particules de silicium en phase de solution, qui peuvent permettre un rendement plus élevé et un meilleur contrôle de la taille et de la forme, ont été historiquement limitées à la production de petites particules de Si (< 20 nm de diamètre). Dans le cadre de cette thèse, deux systèmes de précurseurs de Si en solution sont explorés afin d'offrir un meilleur contrôle sur la taille et la forme des particules de Si. Dans la première approche, une phase Zintl de silicium est combinée avec un complexe de coordination hexacoordonné de Si, bis(N,N′-diisopropylbutylamidinato)dichlorosilane. Des particules allant jusqu'à 230 nm sont formées, ce qui étend considérablement les limites des synthèses actuelles en phase de solution. L'indice de réfraction des particules est mesuré et se rapproche de celui du Si en vrac, ce qui garantit que les particules présenteront une diffusion intense de la lumière lorsqu'elles seront assemblées ultérieurement. Cette approche est ensuite adaptée à d'autres systèmes d'oxydoréduction où une phase de silicium Zintl peut également être combinée avec un halogénure de silicium (fournissant l'espèce Si (IV)) et des tensioactifs pour produire une gamme encore plus large de tailles de particules de Si (jusqu'à 400 nm de diamètre). Dans la dernière partie de cette thèse, le bis(N,N′-diisopropylbutylamidinato)dichlorosilane a été décomposé avec un silane dans des conditions supercritiques. Les particules ont ensuite été auto-assemblées en une monocouche pour former un métamatériau optiquement actif dans l'infrarouge.Light-matter interactions can be harnessed and exploited through precise material design choices, leading to the design of novel optical components. Metamaterials are a specific class of materials, describing an artificially fabricated material which directs or propagates light in ways natural materials are incapable of. Fabrication of metamaterials involves assembling particles of subwavelength dimensions, into a specifically ordered array. The scattering efficiency, size, and shape of the particles are important considerations in the design of efficient metamaterials. Silicon particles, ranging from a few nanometers to hundreds of nanometers, have become promising candidates in the design of optical metamaterials. Thanks to their high refractive index with low adsorption coefficient at visible frequencies, Si particles exhibit intense light scattering in the visible light spectrum. The observed scattering is a result of Mie resonances, an optical phenomenon that describes the interaction between light and sub-wavelength dielectric particles. Mie resonances can tailor the desired optical properties in silicon-based metamaterials. The ideal Si particles should be spherical, between 75 and 200 nm, monodisperse, dense, and crystalline. Solution-phase syntheses of silicon particles, which may permit higher output and better control over size and form, have been historically limited to producing small Si particles (< 20 nm in diameter). In the course of this thesis, dual Si precursor systems in solution are explored to offer better control over the size and shape of Si particles. In the first approach, a silicon Zintl phase is combined with a hexacoordinated Si coordination complex, bis(N,N′-diisopropylbutylamidinato)dichlorosilane. Particles up to 230 nm are formed, greatly extending the limits of current solution phase syntheses. The refractive index of the particles is measured and found to be near that of bulk Si, ensuring that the particles will exhibit intense light scattering when later assembled. This approach is then adapted to other redox systems where a silicon Zintl phase can also be combined with a silicon halide (providing the Si (IV) species) and surfactants to produce an even larger range of Si particle sizes (up to 400 nm in diameter). In the final section of this thesis the bis(N,N′-diisopropylbutylamidinato)dichlorosilane was decomposed alongside a silane in supercritical conditions. The particles were then self-assembled into a monolayer to form an optically active metamaterial in the infrared
Synthesis and properties of multifunctional single molecule magnets
No full textEn aquest treball s'ha dut a terme la síntesi i la caracterització química de varis complexos de doble capa de ftalocianines de terbi amb l'objectiu d'estudiar les seves propietats magnètiques en una varietat de configuracions. Es va obtenir una serie de compostos amb propietats físico-químiques distintes, com les d'autoassemblatje en superfície, d'activitat redox o de propietats mesomòrfiques.Las propietats magnètiques dels compostos sintetitzats varen ser caracteritzades via SQUID, dicroisme circular magnètic (MCD) y dicroisme circular magnètic de rajos-X (XMCD), en una varietat d'estats sòlids congelats, en submonocapes sobre grafit i en dissolució en varis estats d'oxidació.En general, es va observar que el comportament d'imant unimolecular (SMM) d'aquests compostos està qualitativament afectat por el estat d'oxidació de la molècula i la superestructura en la que estan integrats,produeixen canvis en la temperatura de bloqueig i en la forma de les histèresis de magnetització. Non obstant, es va constatar que el comportament d'imant unimolecular d'aquest complexos és molt robust ja que ni la substitució química de les ftalocianines, la hibridació amb una superfície de grafit, la oxidació o reducció del sistema o la morfologia del estat sòlid de les mostres va poder destruir aquesta propietat.En este trabajo se ha llevado a cabo la síntesis y la caracterización química de varios complejos de doble capa de ftalocianinas de terbio con el propósito de estudiar las propiedades magnéticas de estos complejos en una variedad de configuraciones. Se obtuvo una serie de compuestos con propiedades físico-químicas distintas, como las de autoensamblaje en superficie, de actividad redox o de propiedades mesomórficas.Las propiedades magnéticas de los compuestos sintetizados fueron entonces caracterizadas vía SQUID, dicroísmo circular magnético (MCD) y dicroísmo circular magnético de rayos-X (XMCD), en una variedad de estados sólidos congelados, en submonocapas sobre grafito y en disolución en varios estados de oxidación.En general, se observó que el comportamiento de imán unimolecular (SMM) de estos compuestos está cualitativamente afectado por el estado de oxidación de la molécula y la superestructura en la que están integrados, produciendo cambios en la temperatura de bloqueo y en la forma de las hysteresis de magnetización. Non obstante, se constató que el comportamiento de imán unimolecular de estos complejos es muy robusto ya que ni la substitución química de las ftalocianinas, la hibridación con una superficie de grafito, la oxidación o reducción del sistema o la morfología del estado sólido de las muestras pudo destruir está propiedad
Robust large area molecular junctions of selfassembled monolayers of a model helical paddlewheel complex
No full textThe author acknowledge support from the Universidad Complutense de Madrid (GRFN32/23, GRFN24/24 and project PR3/23-30828), the France 2030 government investment plan managed by the French National Research Agency under grant reference PEPR SPIN – SPINMAT ANR-22-EXSP-0007, the Imperial College – CNRS joint PhD program, Quantum Matter Bordeaux, the MaelStroM project (CNRS MITI program), the National Research Agency project AnaCrU-CISS (ANR-23-CE09-0026) and the GPR Light project LIGHT-057-ChiroSurf. I.C. acknowledges predoctoral grant from the Complutense University of Madrid and Banco Santander (CT82/20-CT83/20). The authors warmly thank J.P. Salvetat of the Placamat service unit (France) for the ToF-SIMS measurements and Stéphane Toulin for assistance with the open data repository. Computer time for the theoretical calculation was provided by the computing facilities MCIA (Mésocentre de Calcul Intensif
Aquitain) of the Université de Bordeaux.We report the preparation of a helical complex and its study in molecular junctions. We show that the SAMs of this racemic compound present an electrically robust behaviour which will pave the way for future studies of the CISS effect with analogous enantiopure compounds.Universidad Complutense de MadridAgence Nationale de la Recherche (France)Imperial CollegeBanco SantanderUniversité de BordeauxDepto. de Química InorgánicaFac. de Ciencias QuímicasTRUEpu
Continuous- versus Segmented-Flow Microfluidic Synthesis in Materials Science
No full textMaterials science is a fast-evolving area that aims to uncover functional materials with ever more sophisticated properties and functions. For this to happen, new methodologies for materials synthesis, optimization, and preparation are desired. In this context, microfluidic technologies have emerged as a key enabling tool for a low-cost and fast prototyping of materials. Their ability to screen multiple reaction conditions rapidly with a small amount of reagent, together with their unique physico-chemical characteristics, have made microfluidic devices a cornerstone technology in this research field. Among the different microfluidic approaches to materials synthesis, the main contenders can be classified in two categories: continuous-flow and segmented-flow microfluidic devices. These two families of devices present very distinct characteristics, but they are often pooled together in general discussions about the field with seemingly little awareness of the major divide between them. In this perspective, we outline the parallel evolution of those two sub-fields by highlighting the key differences between both approaches, via a discussion of their main achievements. We show how continuous-flow microfluidic approaches, mimicking nature, provide very finely-tuned chemical gradients that yield highly-controlled reaction–diffusion (RD) areas, while segmented-flow microfluidic systems provide, on the contrary, very fast homogenization methods, and therefore well-defined super-saturation regimes inside arrays of micro-droplets that can be manipulated and controlled at the milliseconds scale. Those two classes of microfluidic reactors thus provide unique and complementary advantages over classical batch synthesis, with a drive towards the rational synthesis of out-of-equilibrium states for the former, and the preparation of high-quality and complex nanoparticles with narrow size distributions for the latter
Surface supramolecular organization of a terbium (III) double-decker complex on graphite and its single molecule magnet behavior
No full textThe two dimensional self-assembly of a terbium (III) double-decker phthalocyanine on highly oriented pyrolitic graphite (HOPG) from solution (by casting) was studied by atomic force microscopy (AFM), and it was shown that it forms highly regular rectangular 2-D nanocrystals on the surface, that are aligned with the graphite symmetry axes. Molecular Dynamics simulations were run in order to model the behavior of a collection of the double-decker complexes on HOPG. The results were in excellent agreement with the experimental results, showing that − after diffusion on the graphite surface − the molecules self-assemble into nanoscopic islands which align preferentially along the three main graphite axes. These low dimension assemblies of independent magnetic centers are only one molecule thick (as shown by AFM) and are therefore very interesting nanoscopic magnetic objects, in which all of the molecules are in interaction with the graphite substrate and might therefore be affected by it. The magnetic properties of these self-assembled bar-shaped islands on HOPG were studied by X-ray magnetic circular dichroism (XMCD), confirming that the compounds maintain their properties as single molecule magnets when they are in close interaction with the graphite surface
Microfluidic synthesis of switchable materials
No full textLa méthodologie classique pour la synthèse de matériaux à transition de spin a un certain degré d’irréproductibilité du fait de l’imprévisibilité des flux turbulents à l’intérieur du milieu réactionnel contenu dans la verrerie ordinaire de laboratoire. Pour tenter de résoudre ce problème, nous explorons la microfluidique de gouttelettes sans tensioactifs comme une nouvelle méthode d’obtention de matériaux à transition de spin.Après avoir testé divers dispositifs microfluidiques, nous avons synthétisé le MOF de type Hofmann [Fe(pz)Pt(CN)4] en combinant deux solutions de réactifs dans un canal débouchant immédiatement dans une buse de focalisation de flux. Le produit obtenu présente une réduction drastique de la taille de particule par rapport aux méthodes classiques, et affiche un comportement magnétique consistent avec les nanoparticules rapportées antérieurement.Malheureusement, du fait des hautes concentrations utilisées ici, la réaction se produit très rapidement, et le dispositif peut facilement se boucher si les flux sont modifiés ou perturbés. Pour résoudre ce problème, nous avons développé une nouvelle méthode : une substance causant un gonflement du PDMS est mélangée avec l’huile de la phase continue pour obtenir une réduction des dimensions du dispositive, et ainsi réduire le diamètre des gouttes de presque deux ordres de grandeur.The conventional methodology to synthesize spin-crossover materials has some degree of irreproducibility due to the unpredictability of the turbulent flows in the reaction media contained in ordinary laboratory glassware. To address this issue, we explore surfactant-free droplet microfluidics as a new method to synthesize spin-crossover materials.After probing the use of different microfluidic devices, we synthesized the Hofmann type MOF [Fe(pz)Pt(CN)4] by combining two solutions with reactants into a channel that immediately reaches a flow-focusing junction. The product obtained displays a strong decrease in its particle size compared with the batch synthesis. The obtained nanoparticles display a magnetic behavior consistent with the nanoparticles reported previously.Unfortunately, under the high concentrations used here, the reaction occurs very quickly, and the device can easily clog when the flow rates are changed. This leads to difficulties when attempting to modulate the dimensions of the droplets without affecting the general performance of the device. To solve this problem, we developed a new method where a swelling agent is combined with the oil used as the continuous phase, resulting in a change in the critical dimensions of the PDMS chip and a change of the diameter of the droplets of almost two orders of magnitude
Microfluidic synthesis of switchable materials
No full textLa méthodologie classique pour la synthèse de matériaux à transition de spin a un certain degré d’irréproductibilité du fait de l’imprévisibilité des flux turbulents à l’intérieur du milieu réactionnel contenu dans la verrerie ordinaire de laboratoire. Pour tenter de résoudre ce problème, nous explorons la microfluidique de gouttelettes sans tensioactifs comme une nouvelle méthode d’obtention de matériaux à transition de spin.Après avoir testé divers dispositifs microfluidiques, nous avons synthétisé le MOF de type Hofmann [Fe(pz)Pt(CN)4] en combinant deux solutions de réactifs dans un canal débouchant immédiatement dans une buse de focalisation de flux. Le produit obtenu présente une réduction drastique de la taille de particule par rapport aux méthodes classiques, et affiche un comportement magnétique consistent avec les nanoparticules rapportées antérieurement.Malheureusement, du fait des hautes concentrations utilisées ici, la réaction se produit très rapidement, et le dispositif peut facilement se boucher si les flux sont modifiés ou perturbés. Pour résoudre ce problème, nous avons développé une nouvelle méthode : une substance causant un gonflement du PDMS est mélangée avec l’huile de la phase continue pour obtenir une réduction des dimensions du dispositive, et ainsi réduire le diamètre des gouttes de presque deux ordres de grandeur.The conventional methodology to synthesize spin-crossover materials has some degree of irreproducibility due to the unpredictability of the turbulent flows in the reaction media contained in ordinary laboratory glassware. To address this issue, we explore surfactant-free droplet microfluidics as a new method to synthesize spin-crossover materials.After probing the use of different microfluidic devices, we synthesized the Hofmann type MOF [Fe(pz)Pt(CN)4] by combining two solutions with reactants into a channel that immediately reaches a flow-focusing junction. The product obtained displays a strong decrease in its particle size compared with the batch synthesis. The obtained nanoparticles display a magnetic behavior consistent with the nanoparticles reported previously.Unfortunately, under the high concentrations used here, the reaction occurs very quickly, and the device can easily clog when the flow rates are changed. This leads to difficulties when attempting to modulate the dimensions of the droplets without affecting the general performance of the device. To solve this problem, we developed a new method where a swelling agent is combined with the oil used as the continuous phase, resulting in a change in the critical dimensions of the PDMS chip and a change of the diameter of the droplets of almost two orders of magnitude
Robust large area molecular junctions of self-assembled monolayers of a helical paddlewheel complex
No full textDataset associated with "Robust large area molecular junctions of self-assembled monolayers of a helical paddlewheel complex"
Dataset production context: The CISS effect has attracted significant attention in recent years, though discrepancies between theoretical predictions and experimental results highlight the need for new, adaptable systems to aid theoretical advancements. In this work, we present the preparation of a diruthenium chiral complex and its investigation in self-assembled monolayers and large area junctions. Our findings demonstrate that the SAMs of this racemic compound exhibit reliable electrical properties, laying the groundwork for future studies of the CISS effect using analogous enantiopure compounds.
For more information see the article. </strong
Extreme downsizing in the surfactant-free synthesis of spin-crossover nanoparticles in a microfluidic flow-focusing junction
No full textInternational audienceA new surfactant-free, flow-focusing droplet microfluidic approach was developed as an important alternative to existing synthesis techniques for the preparation of spin crossover nanoparticles. It enables great control of the mixing of the reactants, and produces crystals of [Fe(pyrazine)(Pt(CN)4)] with an unexpected 20-fold downsizing compared to classical bulk synthesis
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