Ultrafast investigation of electronic and structural dynamics in photomagnetic molecular solids

La capacite de photo-commuter les proprietes physico-chimiques des materiaux fonctionnels grâce a des transitions de phase induites par la lumiere, ouvre des perspectives fascinantes pour diriger un materiau vers un nouvel etat hors equilibre thermique. Cependant, il est fondamental de comprendre tous les phenomenes elementaires, habituellement caches dans une moyenne statistique lors des transformations a l'equilibre. Les etudes resolues en temps representent une approche unique pour acceder a l'evolution des differents degres de liberte du systeme et connaitre les processus elementaires mis en jeu lors de la commutation macroscopique. Les materiaux a transition de spin (SCO) sont d'un interet particulier car ce sont des systemes photo-reversibles. Ces materiaux sont aussi des prototypes photomagnetiques et photochromiques qui commutent entre deux etats de differente multiplicite de spin, nommes bas spin (LS) et haut spin (HS). Dans ce travail de these, nous etudions les dynamique ultrarapides electroniques et structurales de cette classe de solides moleculaires, en soulignant l'importance d'utiliser des sondes complementaires sensibles a differents degres de liberte. Les commutation photo-induite entre etats de spin est ultra-rapide et initialement localisee a l'echelle moleculaire, ou le couplage electron-phonon active des vibrations coherentes intramoleculaires. Un transfert d'energie ultra-rapide de la molecule au reseau, via un couplage phonon-phonon, permet de pieger efficacement le systeme dans le nouvel etat photo-induit. Cependant, dans les solides moleculaires, l'exces d'energie liberee de la molecule excitee resulte dans un aspect complexe multi-echelle impliquant plusieurs degres de liberte a des echelles de temps differentes. Dans ce travail de these, nous avons etudie la dynamique multi-etape hors equilibre d'un systeme SCO presentant une brisure de symetrie entre la phase HS et la phase intermediaire (IP) ou une mise en ordre a longue distance des etats HS et LS des molecules resulte en la formation d'une onde de concentration de spin (SSCW). La diffraction des rayons X resolue en temps combinee avec des etudes de spectroscopie optique donnent une description complete de la dynamique hors-equilibre de la SSCW hors-equilibre en mesurant l'evolution temporelle des deux parametres d'ordre decrivant le systeme.