Een internationaal onderzoeksteam onder leiding van professor Dr. Annie Powell, een chemicus aan het Karlsruhe Institute of Technology (KIT), en professor dr. Jürgen Schnack, een natuurkundige aan de Universiteit van Bielefeld, heeft een nieuw magnetisch molecuul gesynthetiseerd. Het team heeft de grootste spin in de grondtoestand ooit bereikt. Het publiceert zijn nieuwe bevindingen vandaag (26.02.2018) in het nieuwe Nature-partnertijdschrift npj Quantum Materialen .

Elk elektron heeft een kwantummechanisch intrinsiek impulsmoment, ook wel spin genoemd. Het nieuwe magnetische molecuul, gemodelleerd aan de Universiteit van Bielefeld en gesynthetiseerd in het KIT, onthult een spin in zijn grondtoestand die zo groot is als die van 120 elektronen samen. Dit maakt het de grootste spin ooit waargenomen in een enkel molecuul. Magnetische moleculen zijn moleculen die magnetische ionen bevatten, zoals ijzer of gadolinium. De onderzoekers rapporteren de synthese van Fe ₁₀ Gd ₁₀ . Het heeft de geometrische structuur van een torus.

Wetenschappers in het interdisciplinaire onderzoeksproject vonden een zogenaamde kwantumfaseovergang die de eigenschap van het molecuul sterk beïnvloedt. In kwantumfaseovergangen, stoffen veranderen hun gedrag fundamenteel op kwantumkritische punten. Een voorbeeld van een 'klassieke' faseovergang is die van water dat kookt als het een bepaalde temperatuur passeert. Kwantumfaseovergangen vinden plaats bij een temperatuur van het absolute nulpunt. In de nieuw gesynthetiseerde Fe ₁₀ Gd ₁₀ molecuul, 10, 000 staten zijn gedegenereerd op het kritieke punt. Dat betekent dat ze dezelfde energie hebben. Op dit absoluut vlakke energieoppervlak, het is mogelijk om tussen de afzonderlijke toestanden te schakelen zonder energie te verbruiken. In zo een situatie, de thermodynamische grootheidsentropie neemt gigantische waarden aan. "Het is alsof je op een hoge, puntige berg staat, " legt Annie Powell uit. "Een kleine wijziging in de externe parameters, bijvoorbeeld, aan de druk, volstaat dat het onmiddellijk steil daalt." toekomstig onderzoek zal onderzoeken hoe externe druk kan worden gebruikt om het molecuul Fe . te leiden ₁₀ Gd ₁₀ voorbij het kwantumkritische punt.