Elektronen kunnen een overtuigende groep zijn, of ten minste, een spraakzaam stel, volgens nieuw werk van John Berry's lab aan de Universiteit van Wisconsin-Madison.

De spins van ongepaarde elektronen zijn de wortel van permanent magnetisme, en na 10 jaar ontwerp en herontwerp, Berry's lab heeft een molecuul gemaakt dat magnetische kracht krijgt door een ongebruikelijke manier om die spins te controleren.

Berry zegt dat de nieuwe structuur die afgestudeerde student Jill Chipman heeft gemaakt, kan leiden tot een doorbraak in kwantumcomputers. een benadering met zo'n groot potentieel dat het de op silicium gebaseerde supercomputers van vandaag zou kunnen ondermijnen, net zoals de telefoon de telegraaf deed:een grote sprong voorwaarts die een afglijden naar irrelevantie begint.

De aanwezigheid en activiteit, of "draai, " van ongepaarde elektronen bepaalt de sterkte van een permanente magneet, dus moleculen met een hoge mate van spin zijn een wenselijk doelwit voor chemici. De ongewoon grote spin in het nieuwe magnetische molecuul, Berry legt uit, resultaten van een "boodschapperelektron" dat heen en weer pendelt tussen een ongepaard elektron aan elk uiteinde van het staafvormige molecuul en hen alle drie overhaalt om dezelfde spin aan te nemen.

Die overeenkomst van spin, "orthogonaliteit" in het jargon, voegt kracht toe aan een permanente magneet.

BES, een UW-Madison hoogleraar scheikunde, merkt op dat in andere materialen, een reizend elektron heeft de neiging zich te verzetten tegen de spins van magnetische centra, vermindering van de magnetische sterkte. In de nieuwe creatie van Chipman, echter, het boodschapper-elektron is gericht op harmonie:als een reizende maatschappelijk werker, het zorgt ervoor dat de twee verre ongepaarde elektronen dezelfde spin nemen, het toevoegen van sterkte en/of duurzaamheid.

Het nieuwe molecuul, beschreven in Chemie - Een Europees tijdschrift , bevat koolstof, nikkel, chloor, stikstof, en molybdeen, maar mist de kostbare zeldzame aardelementen die de pogingen om supersterke nieuwe magneten op de markt te brengen hebben verpest. De structuur suggereert dat het molecuul zou kunnen worden gevormd tot een polymeer - een zich herhalende keten van eenheden zoals die in kunststoffen worden gevonden - waardoor de mogelijkheid van goedkopere, sterkere magneten.

"We hebben 10 jaar geleden geprobeerd elektronen uit dit molecuul te verwijderen, zodat het aan elk uiteinde een ongepaard elektron had. maar kwam niet ver, Berry zegt. "Sindsdien hebben we geleerd dat dit een chemische stof maakte die echt temperatuurgevoelig is, dus moest Jill een proces bij lage temperaturen ontwikkelen dat afhankelijk is van droogijs om het af te koelen tot -78°C."

Het 'reizende maatschappelijk werker'-elektron stelt 'een ontwerpprincipe vast dat kan worden gebruikt om veel nieuwe magnetische moleculen te creëren die zich gedragen als kleine staafmagneten, ' zegt Bes.

De ontdekking werd ook mogelijk gemaakt door de komst van afgelopen zomer, een instrument genaamd SQUID-magnetometer (Superconducting QUantum Interference Device) dat magnetisme met grote nauwkeurigheid kan meten tot onder de 2 graden boven het absolute nulpunt.

Een groot deel van de focus van magneetinnovatie betreft grotere kracht, Bes zegt, "maar er zijn allerlei dingen waar mensen naar op zoek zijn. We hebben om verschillende technische redenen zowel permanente magneten als magneten met kortstondige magnetisatie nodig. Magneten zijn wijdverbreid in ultrakoude koeling, motoren, computer harde schijven en elektronische circuits."

Door de volgende stap te zetten, en het miniaturiseren van magneten tot een enkel molecuul, die kwantumcomputers mogelijk zou kunnen maken, zegt Berry. Quantum computing kan vooral gunstig zijn voor scheikundigen, die geconfronteerd worden met een duizelingwekkende complexiteit bij het modelleren van de chemische reacties die hun brood en boter zijn.