Crédito: Angewandte Chemie
Los imanes formados a partir de una sola molécula son de particular interés en el almacenamiento de datos, ya que la capacidad de almacenar un bit en cada molécula podría aumentar enormemente la capacidad de almacenamiento de las computadoras. Los investigadores ahora han desarrollado un nuevo sistema molecular con una dureza magnética particular. Los ingredientes de esta receta especial son metales de tierras raras y un puente molecular inusual a base de nitrógeno, como muestra el estudio publicado en la revista Angewandte Chemie.
La idoneidad de una molécula para convertirse en un medio de almacenamiento de datos magnéticos depende de la capacidad de sus electrones para magnetizarse y resistir la desmagnetización, también conocida como dureza magnética. Los físicos y los químicos construyen imanes moleculares como este a partir de iones metálicos que se acoplan magnéticamente entre sí a través de puentes moleculares.
Sin embargo, estos puentes de acoplamiento deben cumplir ciertos criterios, como la facilidad de producción y la versatilidad. Por ejemplo, un puente de dinitrógeno radical (dos átomos de nitrógeno con un electrón adicional, lo que convierte al dinitrógeno en un radical) brindó resultados sobresalientes para los iones de metales de tierras raras, pero es muy difícil de controlar y "no ofrece margen para la modificación", explican Muralee Murugesu y su equipo de la Universidad de Ottawa, Canadá, en su estudio. Para darles un mayor alcance, el equipo amplió este puente utilizando un "doble dinitrógeno"; el ligando de tetrazina inexplorado tiene cuatro átomos de nitrógeno en lugar de dos.
Para producir el imán molecular, los investigadores combinaron el nuevo ligando de tetrazina con metales de tierras raras, los elementos disprosio y gadolinio, y agregaron un fuerte agente reductor a la solución para formar los puentes de tetrazina radicales. El nuevo imán cristalizó en forma de escamas prismáticas de color rojo oscuro.
Los investigadores describen la unidad molecular dentro de este cristal como un complejo tetranuclear en el que cuatro iones metálicos estabilizados con ligandos están unidos por cuatro radicales de tetrazina. La propiedad más significativa de esta nueva molécula es su extraordinaria dureza magnética o campo coercitivo. Esto significa que los complejos formaron un imán duradero de una sola molécula que era particularmente resistente a la desmagnetización.
El equipo explica que este alto campo coercitivo se logra mediante un fuerte acoplamiento a través de la unidad de tetrazina radical. Los cuatro centros metálicos de la molécula están acoplados para formar una unidad molecular con un espín gigante. Solo el predecesor de esta molécula, con el puente de dinitrógeno, dio un acoplamiento más fuerte. Sin embargo, como ya se mencionó, también era mucho menos versátil y menos estable que el nuevo puente radical de tetrazina.
El equipo destaca que este método podría usarse para producir otros complejos multinucleares con espín gigante, lo que ofrece excelentes oportunidades para desarrollar imanes de una sola molécula extremadamente eficientes sin las dificultades de los candidatos anteriores.
Referencia: “Radical-Bridged Ln4 Metalocene Complexes with Strong Magnetic Coupling and a Large Coercive Field” por Niki Mavragani, Dylan Errulat, Dr. Diogo A. Gálico, Dr. Alexandros A. Kitos, Dr. Akseli Mansikkamäki y Prof. Dr. Muralee Murugesu, 24 de agosto de 2021, Angewandte Chemie.
DOI: 10.1002 / anie.202110813
El Dr. Muralee Murugesu es profesor titular y catedrático de investigación universitaria en nanotecnología en el Departamento de Química y Ciencias Biomoleculares de la Universidad de Ottawa en Ontario, Canadá. Su investigación se centra en el diseño y desarrollo de imanes de una sola molécula de alto rendimiento, estructuras metalorgánicas y materiales de alta energía.
