MOLEKULÁRIS MÁGNESES MESZKÓPOS ÉS NANOSZKÓPOS SZERKEZETEK
MOLEKULÁRIS Mágnesesség: MESZKÓPOS ÉS NANOSZKÓPOS SZERKEZETEK
Az összes jelenleg használt mágnes fém- vagy ionrácson alapszik. Körülbelül két évtizede a vegyészek mélyreható projektbe kezdtek molekuláris kémiai technikák alkalmazásával, hogy új mágnesosztályokat dolgozzanak ki, amelyek molekulákon alapulnak, nem pedig fémeken vagy oxidokon. A projekt ötlete az, hogy kihívást teremtsen új anyagosztályok létrehozására, amelyek tulajdonságai izgalmasan várhatók. Ennek a kutatásnak a folytatását sikeresen fejlesztették, amikor kiderült, hogy a szerves vegyületek vezetőként és szupravezetőként viselkedhetnek, mint klasszikus szervetlen anyagok. Néhány év alatt kiderült, hogy tisztán szerves mágnesek is lehetségesek, bár a kritikus hőmérséklet még mindig nagyon alacsony. A legígéretesebb eredményeket nitrogén, kén szerves gyökök alkalmazásával értük el, amelyek 35 K-nál gyengébb ferromágnesekként viselkednek [1]. Másrészt az átmenetifém-ionok és a szerves gyökök keverékével szobahőmérsékleten ferrimágnest lehetett előállítani [2], és hasonló eredményeket kaptunk régi porosz kék származékok felhasználásával [3].
Az új struktúrák stabil, mérsékelt építőelemek, például szerves gyökök felhasználásával történő összeállításának kémiai kihívásán túl a tényezők azt sugallják, hogy a mágnesesség:
• az anyagok tulajdonságainak finom megváltoztatásának lehetősége rugalmas molekuláris technikák alkalmazásával;
• annak lehetősége, hogy a könyvhez hasonlóan növekvő dimenziójú mágneses molekulát építsenek fel, amely úgy viselkedik, mint a molekuláris nanomágnesek;
• Multifunkcionális anyagok beszerzésének lehetősége.
Ez utóbbi lehetőségre példa volt a nemrégiben közölt Coronado [4]. Hibrid megközelítést alkalmazott, szervetlen építőelemeket, például fémből származó átmeneti oxalátot és szerves gyököket, például a híres BEDT-TTF-et, amely jól ismert a bevetett forma és anyag szupravezetők. Elektrokristályosítással nyertek egy [BEDT-TTFh [MnCr (oxalatoh]] általános képletű vegyületet.
A BEDT-TIF molekulák átlagos aránya 0,34. A szervetlen anyagok a szigetelő réteg, míg a szerves frakció vezető. A mágneses kapcsolás szervetlen rétegekben meglehetősen erős, és ez azzal a ténnyel párosulva, hogy a rétegek között gyenge kölcsönhatások működnek, átmenetet okozott 5,5 K. alatti tömeges ferromágneses viselkedéssel. Ezért a kritikus hőmérséklet alatt az anyag ferromágneses vezetőként viselkedik. Noha az ilyen típusú vasak rendszerei önmagukban is jól ismertek, a molekulában a mágneses elektronok származékai az elektronoktól eltérően készülnek, ezáltal lehetőséget kínálva új jelenségek megfigyelésére.
A molekuláris mágnesek másik fontos jellemzője, hogy általában szigetelők, ezért sokkal átlátszóbbak az UV-látható fényben, mint a hagyományos mágnesek. Ezért lehetséges a fény felhasználása a mágneses átmenetek kiváltására. Ezt a megközelítést alkalmazzák például a Verdaguer és a Hashimoto csoportok [5,6] A kék porosz származékok az ABC (NC) általános képletű komplex cianidok. Amikor B = Fe 2+ és C = C0 3+, a vegyület diamágneses, mert mindkettő alacsony spin-ionú, nem mágneses állapotban van. Vörös fénnyel történő megvilágítással mindez olyan elektrontranszfert indukálhat, amelyben a Fe2 + egy szabad elektron mellett alacsony Fe 3+ spin +, a CO 3+ pedig C 0 2+ magas spin + három elektron mellett párosítatlan:
Az indukált fénytranszformáció vázlatos rajza a 2. ábrán látható .
Anyagrendelések 50 K alatti besugárzás alatti ömlesztett vasaként. Ha ezt a hőmérsékletet alacsonyabb hőmérsékleten hajtjuk végre, akkor egy fény által kiváltott tömeges mágneses átmenetet figyelünk meg. A molekuláris mágnesesség legizgalmasabb evolúciója az elmúlt években az volt a felfedezés, hogy bizonyos diszkrét molekulák alacsony hőmérsékleten is viselkedhetnek, mint a kis mágnesek. [7] Az archetipikus molekula:
Röviden Mn12Ac. A mangán dodekanukleáris központ felépítését a 3. ábra mutatja.
A mágneses molekulák előnye más típusú mágneses részecskékkel szemben az, hogy abszolút monodiszperzek, és elvileg szupramolekuláris kémiai technikákkal hígíthatók és rendezhetők. Jelenleg sok erőfeszítést hajtanak végre a mágneses molekulák levezetésére, megfelelő alátámasztásokra, például aranyra vagy szilíciumra szervezésére, hogy egyenként megközelíthessék őket. Az információ egyetlen molekulában történő tárolásának álma valósággá válhat!
Az Mn12 után egyetlen más molekula számos más típusú mágnesét fedezték fel és vizsgálták. Ezekről a nyolc vas (III) iont tartalmazó mong-klaszterekről kiderült, hogy alagút oszcillációkat mutatnak keresztben alkalmazott mágneses mező jelenlétében. Ez Berry aláírása a mágneses fázisban, erről Sessoli és Wernsdorfer számolt be először 1999-ben. [8]
Nemrégiben fedezték fel, hogy a lassú relaxáció hasonló hatásai megfigyelhetők egy dimenziós mágnesben. [9] Egy olyan vegyület, amely C0 2+ ionokat tartalmaz, rendszeresen váltakozva az űrben szerves gyökökkel, ferrimágnesként viselkedik. 20 K alatt a mágnesezés relaxációs ideje a hőmérséklet csökkenésével gyorsan növekszik, több mint 150 K gátat szabva a mágnesezés átirányításának. Félkvantitatív magyarázatot adtak egy Glauber által 1963-ban javasolt modell felhasználásával. Ez érdekes perspektívát nyit., lehetővé téve az információk szegmensekben történő tárolását, egy polimert, amely ezért nano-mágneses vezetékként viselkedik.
Végül szeretném megemlíteni, hogy a mágneses molekulák érdekesek az antiferomagnetikus viselkedés esetén is. Talán a legjelentősebb példa az a M0 6+ ionokat és 30 Fe 3+ -okat tartalmazó klaszter [10], amelynek felépítése a 4. ábrán látható. .
A molibdénionok nem mágnesesek, az ilyen mágneses viselkedés összefügg a vasionok közötti kölcsönhatásokkal. A vegyület nem mutatott kvantumhatást az mK régiókig a spin-frusztrációval járó kis fekvésű állapotok nagy degenerációja miatt.
A molekuláris mágnesek új lehetőségeket nyitnak meg a mezoszkópos anyag klasszikus kvantumhatásainak megfigyelésére. A pálya még csak most kezdődik, de a következő években nagy előrelépés várható. A lehetséges alkalmazások a kvantumszámítógépektől az új típusú kontrasztanyagokig terjedhetnek a mágneses rezonancia képalkotáshoz.
[1] Korlát. A. J. Bricklebank. N. Levendula, I.; Rawson, J. M.; Gregory. C. 1; Tanner, B. K.; Clegg, szül. Elsegood, M. R. J.; Palacio, F. Angew Chem Int Bd Bng11996, 35, 2533
[2] Miller, J. S. E. A. J. Angew Chem Int Bd Bngll994, 33, 385-415.
[3] Ferlay, S.; Mallah, T.; Ouahes, R.; Veillet, P.; Verdaguer, M. Nature, 1995, 378 701-703.
[4] Coronado, E.; Galan-Mascaros,]. R. Gomez-Garcia, C. J.; Laukhin, y. Nature 2000, 408, 447-449.
[5] Sato, 0; lyoda, A. FUjishima, K.; Hashimoto. K. Science, 1996, 272, 704.
[6] Verdaguer, M.; Bleuzen, A.; Marvaud, Y. Vaissermann, T.; Seuileman. M. Szétágazások, c. Scuiller, A.; Vonat, C. Garde, R.; Gelly, G.; Lomenech, kb. Rosenrnan, 1. Y. P.; Cartier, kb. Gonosz, F. Coord. Chem. Fordulat. 1999, 190-192, 1023-1047
[7] Gatteschi, D.; Sessoli, R. Angew. Chem. Int. Bd. Engl. 2003,42,268297 . Friedman, J. R. Sarachik, M.P. Tejada J. Ziolo R., Phys. Fordulat. Lett. 1996, 76, 3830; Thomas, L.; Lionti, F. Ballou, R. Gatteschi, D. Sessoli R. Barbara B., Nature 1996, 383, 145.
[8] Wernsdorfer, szül. Sessoli, R. Science, 1999, 284, 133-135.
[9] Caneschi, A.; Gatteschi, D.; Lalioti, N. Sangregorio, C.; Sessoli, R.; Venturi, G.; Vmdigni, A.; Rektorok, A. Pini, M. G.; Novak, M. A. "kobalt (II) -nitronil-nitroxid-láncok, mint molekuláris mágneses nanovezetékek" Angew. Chem. Int. Bd., 40,1760-1763, 2001.
[10] Miiller, A.; Luban, M.; Schroder, C.; ModIer, R.; Kogerler, P.; Axenovich, M.; Schnack, J.; Canfield, P.; Bud'ko, S.; Harrison, N. Chemphyschem 2001, 2, 517-+.
Ennek a projektnek a célja a nanoszkópú elektronikus szállítás beépítése és bevezetése az alapkutatás kiemelt irányai között nemzeti szinten, összhangban az Európai Nanoelektronikai Technológiai Platform Jóváhagyási Tanácsának (ENIAC) céljaival. Az általunk javasolt projekt a mezoszkópos fizika legújabb paradigmáinak jelentős részét fedi le, és a vizsgált szempontokat az FP7 program (nanotudományok, nanotechnológiák) tartalmazza. A projekt célja a nanorendszerek fizikájának új eredményeinek elmagyarázása és új elméleti megfogalmazások megszerzése a nemlineáris és az időtől függő transzportjelenségek területén kvantumpont rendszerekben és kvantumszivattyúkban. Elméleti szempontból megvizsgáljuk a korrelált elektronikus transzport, kvantumszivattyúzás és fotonikusan indukált alagútjelenségeket a kvantum hozományrendszerekben és a spin-dinamikát a mezoszkópos eszközökben.