Magneten gevormd uit een enkel molecuul zijn van bijzonder belang bij gegevensopslag, omdat het vermogen om een ​​beetje op elk molecuul op te slaan de opslagcapaciteit van computers enorm zou kunnen vergroten. Onderzoekers hebben nu een nieuw moleculair systeem ontwikkeld met een bepaalde magnetische hardheid. De ingrediënten in dit speciale recept zijn zeldzame aardmetalen en een ongebruikelijke moleculaire brug op stikstofbasis, zoals blijkt uit de studie gepubliceerd in het tijdschrift Angewandte Chemie .

De geschiktheid van een molecuul om een ​​magnetisch gegevensopslagmedium te worden, is afhankelijk van het vermogen van de elektronen om gemagnetiseerd te worden en weerstand te bieden aan demagnetisatie. ook wel magnetische hardheid genoemd. Natuurkundigen en scheikundigen bouwen dergelijke moleculaire magneten uit metaalionen die via moleculaire bruggen magnetisch aan elkaar zijn gekoppeld.

Echter, deze koppelbruggen moeten aan bepaalde criteria voldoen, zoals productiegemak en veelzijdigheid. Bijvoorbeeld, een radicale distikstofbrug - twee stikstofatomen met een extra elektron, waardoor de distikstof een radicaal werd - gaf uitstekende resultaten voor zeldzame aardmetaalionen, maar is zeer moeilijk te controleren en biedt "geen ruimte voor wijziging, " uitleggen Muralee Murugesu en zijn team van de Universiteit van Ottawa, Canada, in hun studie. Om ze meer ruimte te geven, het team heeft deze brug vergroot met een "dubbele distikstof"; het onontgonnen tetrazine-ligand heeft vier stikstofatomen in plaats van twee.

Om de moleculaire magneet te produceren, de onderzoekers combineerden het nieuwe tetrazine-ligand met zeldzame aardmetalen - de elementen dysprosium en gadolinium - en voegden een sterk reductiemiddel toe aan de oplossing om de radicale tetrazine-bruggen te vormen. De nieuwe magneet kristalliseerde in de vorm van donkerrode prismavormige vlokken.

De onderzoekers beschrijven de moleculaire eenheid in dit kristal als een tetranucleair complex waarin vier ligand-gestabiliseerde metaalionen aan elkaar zijn gebrugd door vier tetrazineradicalen. De belangrijkste eigenschap van dit nieuwe molecuul is de buitengewone magnetische hardheid of het dwangveld. Dit betekent dat de complexen een duurzame magneet met één molecuul vormden die bijzonder resistent was tegen demagnetisatie.

Het team legt uit dat dit hoge coërcitieveld wordt bereikt door een sterke koppeling via de radicale tetrazine-eenheid. De vier metaalcentra van het molecuul zijn aan elkaar gekoppeld om één moleculaire eenheid met een gigantische spin te geven. Alleen de voorloper van dit molecuul, met de distikstofbrug, gaf een sterkere koppeling. Echter, zoals al genoemd, het was ook veel minder veelzijdig en minder stabiel dan de nieuwe tetrazine-radicaalbrug.

Het team benadrukt dat deze methode kan worden gebruikt om andere multinucleaire complexen met gigantische spin te produceren, biedt uitstekende mogelijkheden voor het ontwikkelen van uiterst efficiënte magneten met één molecuul zonder de moeilijkheden van eerdere kandidaten.