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Aimants monomoléculaires durs pour le stockage de données : complexes de métaux de terres rares tétranucléaires avec spin géant

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Complexes de métaux de terres rares tétranucléaires avec spin géant

Crédit : Angewandte Chemie

Les aimants formés à partir d'une seule molécule présentent un intérêt particulier pour le stockage de données, car la capacité de stocker un peu sur chaque molécule pourrait augmenter considérablement la capacité de stockage des ordinateurs. Les chercheurs ont maintenant développé un nouveau système moléculaire avec une dureté magnétique particulière. Les ingrédients de cette recette spéciale sont des métaux des terres rares et un pont moléculaire inhabituel à base d'azote, comme le montre l'étude publiée dans la revue Chimie appliquée.

L'aptitude d'une molécule à devenir un support de stockage de données magnétique dépend de la capacité de ses électrons à se magnétiser et à résister à la démagnétisation, également connue sous le nom de dureté magnétique. Les physiciens et les chimistes construisent des aimants moléculaires comme celui-ci à partir d'ions métalliques qui sont magnétiquement couplés les uns aux autres via des ponts moléculaires.

Cependant, ces ponts de couplage doivent répondre à certains critères, tels que la facilité de production et la polyvalence. Par exemple, un pont radicalaire de diazote — deux atomes d'azote avec un électron supplémentaire, faisant du diazote un radical — a donné des résultats exceptionnels pour les ions de métaux des terres rares, mais est très difficile à contrôler et n'offre « aucune possibilité de modification », explique Muralee Murugesu et son équipe de l'Université d'Ottawa, Canada, dans leur étude. Pour leur donner une plus grande portée, l'équipe a agrandi ce pont à l'aide d'un « double diazote » ; le ligand tétrazine inexploré a quatre atomes d'azote au lieu de deux.

Pour produire l'aimant moléculaire, les chercheurs ont combiné le nouveau ligand tétrazine avec des métaux des terres rares - les éléments dysprosium et gadolinium - et ont ajouté un agent réducteur puissant à la solution pour former les ponts radicaux tétrazine. Le nouvel aimant s'est cristallisé sous la forme de paillettes en forme de prisme rouge foncé.

Les chercheurs décrivent l'unité moléculaire au sein de ce cristal comme un complexe tétranucléaire dans lequel quatre ions métalliques stabilisés par un ligand sont reliés entre eux par quatre radicaux tétrazine. La propriété la plus importante de cette nouvelle molécule est son extraordinaire dureté magnétique ou champ coercitif. Cela signifie que les complexes formaient un aimant à molécule unique durable qui était particulièrement résistant à la démagnétisation.

L'équipe explique que ce champ coercitif élevé est obtenu par un couplage fort à travers l'unité radicale tétrazine. Les quatre centres métalliques de la molécule sont couplés ensemble pour donner une unité moléculaire avec un spin géant. Seul le prédécesseur de cette molécule, avec le pont diazote, a donné un couplage plus fort. Cependant, comme déjà mentionné, il était également beaucoup moins polyvalent et moins stable que le nouveau pont radicalaire tétrazine.

L'équipe souligne que cette méthode pourrait être utilisée pour produire d'autres complexes multinucléaires à spin géant, offrant de superbes opportunités pour développer des aimants monomoléculaires extrêmement efficaces sans les difficultés des candidats précédents.

Référence : « Radical-Bridged Ln4 Metallocene Complexes with Strong Magnetic Coupling and a Large Coercive Field » par Niki Mavragani, Dylan Errulat, Dr. Diogo A. Gálico, Dr. Alexandros A. Kitos, Dr. Akseli Mansikkamäki et Prof. Dr. Muralee Murugesu, 24 août 2021, Chimie appliquée.
DOI: 10.1002 / anie.202110813

Le Dr Muralee Murugesu est professeur titulaire et titulaire d'une chaire de recherche universitaire en nanotechnologie au Département de chimie et de sciences biomoléculaires de l'Université d'Ottawa en Ontario, Canada. Ses recherches portent sur la conception et le développement d'aimants monomoléculaires hautement performants, de structures métallo-organiques et de matériaux à haute énergie.

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