Credito: Angewandte Chemie
I magneti formati da una singola molecola sono di particolare interesse per l'archiviazione dei dati, poiché la capacità di immagazzinare un bit su ogni molecola potrebbe aumentare notevolmente la capacità di archiviazione dei computer. I ricercatori hanno ora sviluppato un nuovo sistema molecolare con una particolare durezza magnetica. Gli ingredienti di questa speciale ricetta sono metalli delle terre rare e un insolito ponte molecolare a base di azoto, come dimostra lo studio pubblicato sulla rivista Angewandte Chemie.
L'idoneità di una molecola a diventare un supporto magnetico per l'archiviazione di dati dipende dalla capacità dei suoi elettroni di magnetizzarsi e di resistere alla smagnetizzazione, nota anche come durezza magnetica. Fisici e chimici costruiscono magneti molecolari come questo da ioni metallici che sono accoppiati magneticamente l'uno all'altro tramite ponti molecolari.
Tuttavia, questi ponti di accoppiamento devono soddisfare determinati criteri, come la facilità di produzione e la versatilità. Ad esempio, un ponte diazoto radicale - due atomi di azoto con un elettrone aggiuntivo, che rende il diazoto un radicale - ha dato risultati eccezionali per gli ioni di metalli delle terre rare, ma è molto difficile da controllare e non offre "nessuna possibilità di modifica", spiegano Muralee Murugesu e la sua squadra dell'Università di Ottawa, in Canada, nel loro studio. Per dare loro maggiore portata, il team ha ampliato questo ponte utilizzando un "doppio diazoto"; il ligando tetrazina inesplorato ha quattro atomi di azoto anziché due.
Per produrre il magnete molecolare, i ricercatori hanno combinato il nuovo legante della tetrazina con metalli delle terre rare, gli elementi disprosio e gadolinio, e hanno aggiunto un forte agente riducente alla soluzione per formare i ponti radicali di tetrazina. Il nuovo magnete si è cristallizzato sotto forma di scaglie a forma di prisma rosso scuro.
I ricercatori descrivono l'unità molecolare all'interno di questo cristallo come un complesso tetranucleare in cui quattro ioni metallici stabilizzati con ligando sono collegati a ponte da quattro radicali tetrazina. La proprietà più significativa di questa nuova molecola è la sua straordinaria durezza magnetica o campo coercitivo. Ciò significa che i complessi hanno formato un magnete durevole a singola molecola particolarmente resistente alla smagnetizzazione.
Il team spiega che questo alto campo coercitivo si ottiene mediante un forte accoppiamento attraverso l'unità radicale tetrazina. I quattro centri metallici della molecola sono accoppiati insieme per dare un'unità molecolare con uno spin gigante. Solo il predecessore di questa molecola, con il ponte diazoto, forniva un accoppiamento più forte. Tuttavia, come già accennato, era anche molto meno versatile e meno stabile del nuovo ponte radicale tetrazinico.
Il team sottolinea che questo metodo potrebbe essere utilizzato per produrre altri complessi multinucleari con spin gigante, offrendo eccellenti opportunità per lo sviluppo di magneti a molecola singola estremamente efficienti senza le difficoltà dei candidati precedenti.
Riferimento: “Ln a ponte radicale4 Complessi metallocenici con forte accoppiamento magnetico e ampio campo coercitivo” di Niki Mavragani, Dylan Errulat, Dr. Diogo A. Gálico, Dr. Alexandros A. Kitos, Dr. Akseli Mansikkamäki e Prof. Dr. Muralee Murugesu, 24 agosto 2021, Angewandte Chemie.
DOI: 10.1002 / anie.202110813
Il Dr. Muralee Murugesu è Professore Ordinario e Cattedra di Ricerca Universitaria in Nanotecnologia presso il Dipartimento di Chimica e Scienze Biomolecolari dell'Università di Ottawa in Ontario, Canada. La sua ricerca si concentra sulla progettazione e lo sviluppo di magneti a singola molecola ad alte prestazioni, strutture metallo-organiche e materiali ad alta energia.
