Hårde enkeltmolekylemagneter:Tetranukleære sjældne jordarters metalkomplekser med kæmpe spin

Magneter dannet af et enkelt molekyle er af særlig interesse i datalagring, da evnen til at gemme lidt på hvert molekyle kunne øge computerens lagerkapacitet markant. Forskere har nu udviklet et nyt molekylært system med en særlig magnetisk hårdhed. Ingredienserne i denne specielle opskrift er sjældne jordarters metaller og en usædvanlig nitrogenbaseret molekylær bro, som vist i undersøgelsen offentliggjort i tidsskriftet Angewandte Chemie .

Et molekyles egnethed til at blive et magnetisk datalagringsmedium afhænger af dets elektroners evne til at blive magnetiseret og modstå afmagnetisering, også kendt som magnetisk hårdhed. Fysikere og kemikere bygger molekylære magneter som denne af metalioner, der er magnetisk koblet til hinanden via molekylære broer.

Imidlertid, disse koblingsbroer skal opfylde visse kriterier, såsom nem produktion og alsidighed. For eksempel, en radikal dinitrogenbro - to nitrogenatomer med en ekstra elektron, gør dinitrogenet til en radikal – gav fremragende resultater for sjældne jordarters metalioner, men er meget svær at kontrollere og giver "ingen plads til ændringer, "forklar Muralee Murugesu og hans team fra University of Ottawa, Canada, i deres studie. For at give dem større spillerum, holdet udvidede denne bro ved hjælp af et "dobbelt dinitrogen"; den uudforskede tetrazinligand har fire nitrogenatomer i stedet for to.

For at producere den molekylære magnet, forskerne kombinerede den nye tetrazinligand med sjældne jordarters metaller - grundstofferne dysprosium og gadolinium - og tilføjede et stærkt reduktionsmiddel til opløsningen for at danne de radikale tetrazinbroer. Den nye magnet krystalliserede i form af mørkerøde prismeformede flager.

Forskerne beskriver den molekylære enhed i denne krystal som et tetranukleært kompleks, hvor fire ligandstabiliserede metalioner bindes sammen af ​​fire tetrazinradikaler. Den vigtigste egenskab ved dette nye molekyle er dets ekstraordinære magnetiske hårdhed eller tvangsfelt. Det betyder, at komplekserne dannede en holdbar enkeltmolekylemagnet, der var særlig modstandsdygtig over for afmagnetisering.

Holdet forklarer, at dette høje tvangsfelt opnås ved stærk kobling gennem den radikale tetrazinenhed. De fire metalcentre i molekylet er koblet sammen for at give én molekylær enhed med et kæmpe spin. Kun forgængeren til dette molekyle, med dinitrogenbroen, gav stærkere kobling. Imidlertid, som allerede nævnt, den var også meget mindre alsidig og mindre stabil end den nye radikale tetrazinbro.

Holdet fremhæver, at denne metode kunne bruges til at producere andre multinukleare komplekser med kæmpe spin, tilbyder fremragende muligheder for at udvikle ekstremt effektive enkeltmolekyle-magneter uden tidligere kandidaters vanskeligheder.