Kredit: Angewandte Chemie
Magnety vytvořené z jedné molekuly jsou zvláště zajímavé pro ukládání dat, protože schopnost uložit bit na každé molekule by mohla výrazně zvýšit úložnou kapacitu počítačů. Vědci nyní vyvinuli nový molekulární systém se zvláštní magnetickou tvrdostí. Složky v tomto speciálním receptu jsou kovy vzácných zemin a neobvyklý molekulární můstek na bázi dusíku, jak ukazuje studie publikovaná v časopise Aplikovaná chemie.
Vhodnost molekuly stát se magnetickým médiem pro ukládání dat závisí na schopnosti jejích elektronů zmagnetizovat se a odolat demagnetizaci, známé také jako magnetická tvrdost. Fyzici a chemici staví molekulární magnety jako tento z kovových iontů, které jsou vzájemně magneticky spojeny prostřednictvím molekulárních můstků.
Tyto spojovací můstky však musí splňovat určitá kritéria, jako je snadná výroba a všestrannost. Například radikální didusíkový můstek – dva atomy dusíku s dodatečným elektronem, což z dinitrogenu dělá radikál – poskytl vynikající výsledky pro ionty kovů vzácných zemin, ale je velmi obtížné jej ovládat a nenabízí „žádný prostor pro modifikace,“ vysvětluje Muralee Murugesu a jeho tým z University of Ottawa v Kanadě ve své studii. Aby jim dal větší prostor, tým rozšířil tento most pomocí „dvojitého dusíku“; neprozkoumaný tetrazinový ligand má čtyři atomy dusíku spíše než dva.
K výrobě molekulárního magnetu vědci zkombinovali nový tetrazinový ligand s kovy vzácných zemin - prvky dysprosium a gadolinium - a přidali do roztoku silné redukční činidlo, aby vytvořily radikálové tetrazinové můstky. Nový magnet vykrystalizoval ve formě tmavě červených vloček ve tvaru hranolu.
Výzkumníci popisují molekulární jednotku v tomto krystalu jako tetranukleární komplex, ve kterém jsou čtyři ionty kovu stabilizované ligandem přemostěny čtyřmi tetrazinovými radikály. Nejvýznamnější vlastností této nové molekuly je její mimořádná magnetická tvrdost neboli koercitivní pole. To znamená, že komplexy vytvořily odolný jednomolekulární magnet, který byl obzvláště odolný vůči demagnetizaci.
Tým vysvětluje, že tohoto vysokého koercitivního pole je dosaženo silnou vazbou prostřednictvím radikální tetrazinové jednotky. Čtyři kovová centra molekuly jsou spojena dohromady, aby vznikla jedna molekulární jednotka s obřím spinem. Pouze předchůdce této molekuly s didusíkovým můstkem poskytl silnější vazbu. Nicméně, jak již bylo zmíněno, byl také mnohem méně univerzální a méně stabilní než nový tetrazinový radikálový můstek.
Tým zdůrazňuje, že tato metoda by mohla být použita k výrobě dalších vícejaderných komplexů s obřím spinem, což nabízí skvělé příležitosti pro vývoj extrémně účinných magnetů s jednou molekulou bez obtíží předchozích kandidátů.
Odkaz: „Radical-Bridged Ln4 Metallocene Complexes with Strong Magnet Coupling and Large Coercive Field” od Niki Mavragani, Dylan Errulat, Dr. Diogo A. Gálico, Dr. Alexandros A. Kitos, Dr. Akseli Mansikkamäki a Prof. Dr. Muralee Murugesu, 24. srpna 2021, Aplikovaná chemie.
DOI: 10.1002/anie.202110813
Dr. Muralee Murugesu je řádným profesorem a vedoucím univerzitního výzkumu v oboru nanotechnologie na katedře chemie a biomolekulárních věd na University of Ottawa v Ontariu v Kanadě. Jeho výzkum se zaměřuje na návrh a vývoj vysoce výkonných jednomolekulárních magnetů, kov-organických konstrukcí a vysokoenergetických materiálů.
