Hoe zou je het vinden om alle films die ooit zijn gemaakt op een apparaat ter grootte van een I-phone op te slaan?

Magneten gemaakt van slechts een paar metaalatomen zouden het mogelijk kunnen maken om radicaal kleinere opslagapparaten te bouwen en zijn onlangs ook voorgesteld als componenten voor spintronica-apparaten. Er is maar één obstakel onderweg. Magneten van nanoformaat werken alleen bij temperaturen van enkele haren boven het absolute nulpunt.

Nu heeft een scheikundestudent aan de Universiteit van Kopenhagen aangetoond dat moleculaire magneten die de metalen ruthenium en osmium gebruiken hun magnetische eigenschappen behouden bij hogere temperaturen. Hoogstwaarschijnlijk vanwege de grotere spin-baankoppeling en de meer diffuse elektronenwolk die aanwezig is in deze zwaardere elementen. Enkele van zijn bevindingen zijn onlangs gepubliceerd in Chemie – Een Europees tijdschrift .

Kasper Steen Pedersen studeert voor een Master aan de Universiteit van Kopenhagen. Net als vele anderen in het door hem gekozen gebied van moleculair magnetisme had hij gewerkt met magneten op basis van 3D-metaalionen uit ijzer. Dit lijkt een voor de hand liggende keuze bij het werken met gewone magneten die meestal uit ongeveer een biljoen atomen bestaan. Magneten met één molecuul zijn geïsoleerde moleculen die zich gedragen als echte magneten, maar ze vertonen geen driedimensionale orde die kenmerkend is voor een magneet. Hoewel interessant vanuit het perspectief van fundamenteel onderzoek, de noodzaak van zeer lage temperaturen maakt de minuscule magneten onbruikbaar voor praktische toepassingen. Dus Pedersen wilde kijken of een andere overstag mogelijk was.

"Als je naar het periodiek systeem van de elementen kijkt, lijkt de oplossing voor de hand liggend. Ruthenium en osmium zitten in dezelfde groep in het periodiek systeem als ijzer, dus het zou mogelijk moeten zijn om ook van deze stoffen magneten te maken door gebruik te maken van onze kennis over moleculaire magneten op basis van ijzer", zegt Pedersen.

Het bleek dat de chemische synthese die nodig was om moleculaire magneten uit de stoffen te bouwen relatief eenvoudig was. Maar de gemeten eigenschappen waren verrassend.

"De chemische eigenschappen zijn voor deze metalen hetzelfde als voor ijzer. Maar de fysieke eigenschappen van de nieuwe magneten bleken heel anders te zijn dan die van ijzer. het magnetisme komt voort uit de elektronspin maar ook uit de beweging van het elektron rond de kern. De laatste bijdrage, wat erg groot is voor ruthenium, osmium en andere zware elementen, is grotendeels genegeerd door de wetenschappelijke gemeenschap, maar we hebben nu aangetoond, experimenteel, dat is een zeer uitgesproken effect. En dit is volkomen nieuw en opwindend", legt Kasper Steen Pedersen uit.

Door de onconventionele metalen voor zijn magneten te gebruiken, kon Pedersen de kritische temperatuur slechts met een paar Kelvin verhogen. Echter, het intrigerende resultaat dat elektronenbeweging een grote rol speelt voor de magnetische eigenschappen maakt de weg vrij voor nieuwe synthetische benaderingen van moleculaire nanomagneten met ongekend hoge kritische temperaturen.

"Je krijgt me niet zover om dit een doorbraak te noemen. Maar het is een opmerkelijk resultaat voor het veld", concludeert Kasper Steen Pedersen.