Fundamental aspects of spin crossover (SCO) mechanisms are reviewed through considerations of ligand/crystal field theory, thermodynamics, and modeling of the thermoinduced spin transition in the solid state based on macroscopic–mesoscopic approaches . In particular, we highlight success of thermodynamic models in the simulation of first-order spin transitions with hysteretic behaviors (bistability) and multistep conversions. Bistability properties originate from elastic interactions, the so-called cooperativity between SCO molecules in the crystal packing. Although physical and chemical properties and thermodynamical quantities of noninteracting SCO compounds can be readily injected in macroscopic models, taking cooperativity into account remains problematic. The relationship between phenomenological numerical parameters and experimentally accessible quantities can only be most of the time indirectly established. Recent extensions of these thermodynamical models to grasp SCO properties at the nanoscale and combinations with ab initio numerical methods show that macroscopic models still constitute useful theoretical tools to investigate SCO phenomena. The necessity to further probe the thermomechanical properties of SCO materials is also emphasized.

Dans cette revue, les aspects fondamentaux des mécanismes de conversion de spin sont abordés au travers de divers formalismes théoriques bien connus en physique et chimie de la matière condensée, tels que la théorie du champ de ligand/cristallin, la thermodynamique des mélanges binaires et les modèles macroscopiques–mesoscopiques associés pour simuler la transition de spin thermo-induite. En particulier, nous rapportons les différents succès des modèles thermodynamiques dans la simulation de transitions de spin du premier ordre présentant des phénomènes d'hystérésis (bistabilité) et des transitions en plusieurs étapes. L'existence du phénomène de bistabilité est directement reliée aux mécanismes d'interaction élastique entre les molécules à conversion de spin appelés « cooperativité ». Alors que les propriétés physiques et chimiques ainsi que les quantités thermodynamiques des composés à conversion de spin isolés peuvent être facilement injectées dans des modèles macroscopiques, la prise en compte de la coopérativité reste compliquée à réaliser. La relation entre les paramètres numériques phénoménologiques et les quantités accessibles expérimentalement ne peut être, la plupart du temps, établie que de manière indirecte. Des extensions récentes de ces modèles thermodynamiques destinées à mieux comprendre les propriétés de la conversion de spin à l'échelle nanométrique combinées à des méthodes numériques ab initio montrent que les modèles thermodynamiques constituent toujours un outil théorique utile pour étudier la transition de spin. La nécessité d’étudier davantage les propriétés statiques et de transport thermomécaniques de cette classe de matériaux bistables est également soulignée.