Les aimants mono-moléculaires ou nano-aimants moléculaires ou encore aimants à un seul ion (en anglais Single Molecule Magnets ou SMM) sont des macromolécules superparamagnétiques contenant un ion de lanthanide. En dessous d'une température dite de blocage, ils peuvent être magnétisés par un champ magnétique extérieur et conservent leur aimantation après coupure du champ. Ils combinent des propriétés quantiques remarquables, avec notamment un très long temps de cohérence, et des performances magnétiques prometteuses pour un stockage d'informations à haute densité.

Pour optimiser leurs propriétés, les scientifiques cherchent à maximiser leur anisotropie magnétique uni-axiale, en jouant sur la composition et la structure des macromolécules. Il leur faut donc contrôler cette propriété.

Le Laboratoire Léon Brillouin (LLB) a développé une technique de diffraction de neutrons polarisés qui permet de mesurer non seulement l'amplitude du moment magnétique des macromolécules, mais également la direction des principaux axes d'anisotropie magnétique de l'ion magnétique par rapport à l'orientation des molécules. Il l'a de plus adaptée aux échantillons polycristallins afin d'étudier une plus grande variété de matériaux.

Grâce à cette technique, des chercheurs de l'Iramis ont comparé deux nouveaux complexes de même structure, contenant chacun un lanthanide prometteur :

• l'ion dysprosium Dy³⁺ ;
• l'ion holmium Ho³⁺.

Selon l'étude menée au LLB, ces complexes présentent tous deux une forte anisotropie magnétique, avec des températures de blocage de 600 K et 270 K respectivement.

Les mesures réalisées au LLB fournissent la première preuve expérimentale que le composé au dysprosium possède une anisotropie magnétique quasi-uniaxiale, avec une contribution transverse quasiment nulle, alors qu'elle est significative pour le composé à l'holmium. Les composés à base de dysprosium présentent donc les meilleures propriétés magnétiques pour de futures applications des aimants mono-moléculaires.