Single-molecule magneten (SMM's) trekken de laatste tijd veel aandacht. Dit komt door de toegenomen vraag naar snellere, duurzamere en energiezuinigere IT-systemen, en de behoefte aan een hogere gegevensopslagcapaciteit.

Gedeeltelijk ondersteund door het door de EU gefinancierde project PhotoSMM, onderzoekers hebben een nieuw ontwerp voor SMM's geïntroduceerd dat zou kunnen leiden tot informatieopslag op nanometrische schaal. Hun bevindingen werden onlangs gepubliceerd in de Angewandte Chemie logboek. SMM's zijn een soort complexe verbinding die magnetische informatie bij lage temperaturen kan vasthouden. Zoals uitgelegd door Dr. Lucie Norel, een van de onderzoekers in het team, "vanwege het prominente gebruik van op magnetisatie gebaseerde informatieopslagtechnologieën in ons dagelijks leven, SMM die in staat zijn om te converteren tussen twee toestanden met tegengestelde magnetisatierichtingen krijgen veel aandacht."

Een samenvatting van de projectdoelstellingen op CORDIS, Ze voegde eraan toe:"Het potentieel is enorm voor SMM-systemen die magnetische veld- en lichtgestuurde veranderingen in zowel hun optische als magnetische eigenschappen zouden aantonen, omdat ze op een enkel molecuul hetzelfde type magneto-optische effecten kunnen reproduceren die worden gebruikt voor sommige huidige technologieën voor gegevensopslag."

Beperkingen van SMM

Computer harde schijven zijn gemaakt van magnetisch materiaal dat digitale signalen opneemt. Hoe kleiner de kleine magneten, hoe meer informatie ze kunnen opslaan. Hoewel harde schijven nu worden gemeten in duizenden gigabytes in plaats van tientallen, er is nog steeds behoefte aan het ontwikkelen van nieuwe vormen van gegevensopslag die compact en energiezuinig zijn. Bijvoorbeeld, in 2017 demonstreerde een groep onderzoekers van IBM 's werelds kleinste magnetische geheugenopslagapparaat gebouwd rond een enkel atoom, zoals gepresenteerd in het tijdschrift 'IEEE Spectrum'. Het is ook mogelijk om moleculen te ontwerpen met aangepaste magnetische eigenschappen die toepassingen kunnen hebben in kwantumcomputers, dankzij de synthetische chemische technieken die zijn ontwikkeld door wetenschappers die aan SMM's werken.

Echter, Het blijft een uitdaging om deze technologieën uit het lab en naar de mainstream te brengen, omdat ze nog niet werken bij omgevingstemperaturen en dure methoden voor koeling vereisen. Bijvoorbeeld, enkele atomen en SMM's konden worden gekoeld met vloeibaar helium bij een temperatuur van -269 °C. In aanvulling, de krachtigste molecuulmagneten zijn meestal onstabiel in aanwezigheid van lucht en water, dus hebben wetenschappers zich gericht op het verhogen van de temperatuur waarbij het magnetische geheugeneffect kan worden waargenomen.

De SMM's ontworpen door onderzoekers van het Rennes Institute of Chemical Sciences, in samenwerking met een team van de Universiteit van Californië, Berkeley, hebben de mogelijkheid om te worden gemanipuleerd in de aanwezigheid van lucht. Dit is belangrijk voor hun potentiële gebruik bij de magnetische opslag van informatie, volgens de ploeg. In de eigen woorden van de auteurs:"De eerste dysprosiumcomplexen met een terminaal fluoride-ligand worden verkregen als luchtstabiele verbindingen."

Dysprosium (Dy) is een chemisch element van de lanthanidegroep van elementen. In de Angewandte Chemie tijdschriftartikel, ze concluderen:"we hebben de eerste DyIII-complexen gepresenteerd die een terminaal fluoride-ligand dragen en de invloed van deze zeer elektrostatische metaal-ligand-interactie op de elektronische structuur onderzocht."

Het PhotoSMM-project (Single Molecule Magnets light-switching with photochromic ligands) zal aantonen dat een lichtinput een wijziging van de magnetische en optische eigenschappen van monometallische of bimetallische SMM's kan veroorzaken.