Største molekylære spin fundet tæt på en kvantefaseovergang

Et internationalt forskerhold ledet af professor Dr. Annie Powell, en kemiker ved Karlsruhe Institute of Technology (KIT), og professor Dr. Jürgen Schnack, en fysiker ved Bielefeld University, har syntetiseret et nyt magnetisk molekyle. Holdet har rapporteret det største ground state spin nogensinde opnået. Det offentliggør sine nye resultater i dag (26.02.2018) i det nye Nature-partnertidsskrift npj Quantum Materials .

Hver elektron besidder et kvantemekanisk iboende vinkelmoment, også kaldet spin. Det nye magnetiske molekyle, der er modelleret ved Bielefeld Universitet og syntetiseret ved KIT, afslører et spin i grundtilstanden, der er lige så stort som 120 elektroner tilsammen. Dette gør det til det største spin, der nogensinde er observeret i et enkelt molekyle. Magnetiske molekyler er molekyler, der indeholder magnetiske ioner, såsom jern eller gadolinium. Forskerne rapporterer syntesen af ​​Fe ₁₀ Gd ₁₀ . Det har den geometriske struktur af en torus.

Forskere i det tværfaglige forskningsprojekt fandt en såkaldt kvantefaseovergang, der stærkt påvirker molekylets egenskab. I kvantefaseovergange, stoffer ændrer deres adfærd grundlæggende på kvantekritiske punkter. Et eksempel på en 'klassisk' faseovergang er vand, der koger, når det passerer en bestemt temperatur. Kvantfaseovergange forekommer ved en temperatur på absolut nul. I det nyligt syntetiserede Fe ₁₀ Gd ₁₀ molekyle, 10, 000 stater degenererer på det kritiske punkt. Det betyder, at de har den samme energi. På denne absolut flade energioverflade, det er muligt at skifte mellem de enkelte tilstande uden at bruge energi. I en sådan situation, den termodynamiske mængde entropi vedtager kæmpe værdier. "Det er som om du stod på toppen af ​​et højt spidst bjerg, " forklarer Annie Powell. "En lille ændring af de eksterne parametre, for eksempel, til presset, tilstrækkeligt til, at det straks falder stejlt. "Derfor, fremtidig forskning vil undersøge, hvordan eksternt tryk kan bruges til at lede molekylet Fe ₁₀ Gd ₁₀ ud over det kvantekritiske punkt.