Plateforme de mesures de diffraction X - Service Commun de RMN - Logiciel MoPro

Topologie de la densité electronique expérimentale

En absence de calculs théoriques précis, la diffraction des rayons X à haute résolution est la méthode la plus efficace pour déterminer la densité électronique dans le solide, puis ses propriétés topologiques.

L'analyse topologique de la densité électronique en ses points critiques (ρ(r), minima, maxima, selles, ...) est un outil performant pour caractériser les interactions interatomiques et intermoléculaires. Cette méthode s'applique aux matériaux cristallins (qu'ils soient organiques ou minéraux) et ceci de fa?on totalement consistante avec les concepts physico-chimiques de structure et de liaison chimique. Elle fournit ainsi une base quantitative et succincte pour comparer différentes structures.

Les trajectoires des lignes de gradient de la densité électronique ∇ρ(r) définissent de fa?on unique les volumes atomiques ("bassins atomiques") délimités par des surfaces à flux nul du vecteur gradient de ρ(r). L'intégration de ∇ρ(r) dans ces bassins permet de déterminer les charges atomiques nettes (n=0), les moments dipolaires (n=1) atomiques et les moments d'ordre supérieur (n>1). Ces propriétés atomiques essentielles (charges nettes, dipôles,... ) trouvent leur utilité dans la modélisation de propriétés électrostatiques telles que le potentiel électrostatique.

Une méthode d'analyse de la topologie de la densité électronique décrite sous forme analytique (modèle) ou numérique (densité échantillonnée sur une grille tridimensionnelle) sera présentée, ainsi que son application à des matériaux complexes comme les matériaux poreux (zéolithes) et les matériaux moléculaires à propriétés magnétiques.

L'analyse topologique de la densité électronique a été mise à profit pour caractériser :

• les interactions dans les systèmes zéolithiques (cation/squelette alumino-silicaté ou molécule hôte/zéolithe)
• les interactions dans les composés magnétiques moléculaires (interactions métal-métal, métal-ligand, et interactions faibles (inter-plans, inter-chaînes et intermoléculaires)) afin de comprendre les propriétés physiques de ces matériaux (propriétés de sélectivité d'adsorption/d'échange des zéolithes, comportement magnétique des aimants moléculaires).