Tungmetaller åbner vej til høj temperatur nanomagneter

Hvordan vil du gerne gemme alle de film, der nogensinde er lavet på en enhed på størrelse med en I-telefon?

Magneter lavet af få metalatomer kunne gøre det muligt at bygge radikalt mindre lagerenheder og er også for nylig blevet foreslået som komponenter til spintronics -enheder. Der er kun en forhindring på vej. Magneter i nanostørrelse er kun blevet set til at fungere ved temperaturer et par hår over absolut nul.

Nu har en kemistuderende ved Københavns Universitet demonstreret, at molekylære magneter, der bruger metallerne ruthenium og osmium, bevarer deres magnetiske egenskaber ved højere temperaturer. Mest sandsynligt på grund af den større spin-orbit-kobling og mere diffuse elektronsky, der findes i disse tungere elementer. Nogle af hans fund er for nylig blevet offentliggjort i Chemistry - A European Journal .

Kasper Steen Pedersen læser en kandidatgrad på Københavns Universitet. Som mange andre inden for sit valgte område inden for molekylær magnetisme havde han arbejdet med magneter baseret på 3d metalioner fra jern. Dette forekommer et oplagt valg, når man arbejder med almindelige magneter, der normalt består af omkring en billion atomer. Enkeltmolekylmagneter er isolerede molekyler, der opfører sig som rigtige magneter, men de udviser ikke en tredimensionel rækkefølge, der er karakteristisk for en magnet. Selvom det er interessant ud fra et grundforskningsperspektiv, behovet for meget lave temperaturer gør de små magneter ubrugelige til enhver praktisk anvendelse. Så Pedersen ville se om en anden tackning var mulig.

"Når du kigger på elementernes periodiske system, virker løsningen indlysende. Ruthenium og osmium er i samme gruppe i det periodiske system som jern, så det burde også være muligt at skabe magneter ud af disse stoffer ved at bruge vores viden om molekylære magneter baseret på jern, siger Pedersen.

Som det viste sig, var den kemiske syntese, der var nødvendig for at bygge molekylære magneter ud af stofferne, relativt enkel. Men de målte egenskaber var overraskende.

"De kemiske egenskaber er de samme for disse metaller som for jern. Men de fysiske egenskaber ved de nye magneter viste sig at være meget forskellige fra dem, der er lavet af jern. Grundlæggende magnetismen opstår fra elektronspind, men også fra elektronens bevægelse omkring kernen. Sidstnævnte bidrag, som er meget stor for ruthenium, osmium og andre tunge elementer, er stort set blevet ignoreret af det videnskabelige samfund, men vi har nu vist, eksperimentelt, det er en meget udtalt effekt. Og det her er helt nyt og spændende ", forklarer Kasper Steen Pedersen.

Ved hjælp af de ukonventionelle metaller til sine magneter gjorde Pedersen det muligt kun at hæve den kritiske temperatur med få Kelvin. Imidlertid, det spændende resultat, at elektronbevægelse spiller en stor rolle for de magnetiske egenskaber, baner vejen for nye syntetiske tilgange til molekylære nanomagneter med hidtil usete høje kritiske temperaturer.

"Du får mig ikke til at kalde dette et gennembrud. Men det er et bemærkelsesværdigt resultat for feltet", slutter Kasper Steen Pedersen.