MESKOPICKÉ A NANOSKOPICKÉ ŠTRUKTÚRY MOLEKULOVÉHO MAGNETIZMU
MOLEKULOVÝ MAGNETIZMUS: MESOSKOPICKÉ A NANOSKOPICKÉ ŠTRUKTÚRY
Všetky magnety, ktoré sa v súčasnosti používajú, sú založené na kovových alebo iónových mriežkach. Už asi dve desaťročia chemici začali hĺbkový projekt využívajúci molekulárne chemické techniky na vývoj nových tried magnetov založených skôr na molekulách ako na kovoch alebo oxidoch. Myšlienkou tohto projektu je vyzvať vás, aby ste vytvorili nové triedy materiálov s vlastnosťami, ktoré možno vzrušujúco očakávať. Pokračovanie tohto výskumu bolo úspešne vyvinuté, keď sa zistilo, že organické zlúčeniny sa môžu správať ako vodiče a supravodiče ako klasické anorganické materiály. Za niekoľko rokov sa zistilo, že čisto organické magnety sú skutočne možné, aj keď kritické teploty sú stále veľmi nízke. Najsľubnejšie výsledky sme dosiahli použitím dusíka a síry organických radikálov, ktoré sa správajú ako feromagnety slabšie ako 35 K. [1]. Na druhej strane, použitím zmesi iónov prechodných kovov a organických radikálov bolo možné získať ferrimagnet pri izbovej teplote [2], a podobné výsledky sa dosiahli použitím derivátov starej pruskej modrej [3].
Okrem chemickej výzvy spojenej s novými štruktúrami pomocou stabilných a miernych stavebných blokov, ako sú organické radikály, naznačujú faktory, že magnetizmus:
• možnosť jemnej zmeny vlastností materiálov pomocou flexibilných molekulárnych techník;
• Možnosť postaviť ako knihu magnetickú molekulu zväčšujúcich sa rozmerov, ktorá sa správa ako molekulárne nanomagnety;
• Možnosť získať multifunkčné materiály.
Príkladom druhej možnosti bol nedávno ohlásený Coronado [4] Použil hybridný prístup, keď zhromaždil anorganické stavebné bloky, ako je prechodný oxalát odvodený z kovu, a organické radikály, ako napríklad známy BEDT-TTF, dobre známy nasadených supravodičov formy a materiálu. Získali elektrokryštalizáciou zlúčeninu všeobecného vzorca [BEDT-TTFh [MnCr (oxalatoh)]. Štruktúra obsahuje anorganické voštinové vrstvy [MnCr (oxalatoh) - oddelené vrstvami organických radikálov, ako je znázornené na obrázku 1.
Priemerná rýchlosť na molekulách BEDT-TIF je 0,34. Anorganické látky sú izolačnou vrstvou, zatiaľ čo organická frakcia je vodič. Magnetická väzba je v anorganických vrstvách dosť silná, čo spolu so skutočnosťou, že medzi vrstvami fungujú slabé interakcie, spôsobili prechod s objemovým feromagnetickým správaním pod 5,5 K. Preto sa materiál pod kritickou teplotou správa ako feromagnetický vodič. Aj keď sú systémy tohto typu železa samy o sebe známe, v molekule sa deriváty magnetických elektrónov vyrábajú odlišne od elektrónov, čo umožňuje pozorovať nové javy.
Ďalším dôležitým znakom molekulárnych magnetov je, že sú všeobecne izolátormi, a preto sú pre UV viditeľné svetlo priehľadnejšie ako bežné magnety. Preto je možné na indukciu magnetických prechodov použiť svetlo. Tento prístup použili napríklad skupiny Verdaguer a Hashimoto [5,6] Modré pruské deriváty sú komplexné kyanidy všeobecného vzorca ABC (NC). Keď B = Fe 2+ a C = C 3 3+, zlúčenina je diamagnetická, pretože obe sú vo svojich nízkych spinových iónoch, nemagnetickom stave. Osvetlením červeným svetlom je možné indukovať prenos elektrónov, pri ktorom sa Fe2 + zmení na nízky spin Fe 3+ + s voľným elektrónom a CO 3+ na C 0 2+ vysoký spin + s tromi elektrónmi. nepárový:
Schematický nákres transformácie indukovaného svetla je zobrazený na obrázku 2. Obr .
Objednávky materiálu ako hromadné žehličky s ožiarením do 50 K. Ak vykonáme túto teplotu nižšie, budeme pozorovať prechod hromadného magnetického prechodu indukovaný svetlom. Najzaujímavejšou evolúciou molekulárneho magnetizmu v posledných rokoch bolo zistenie, že určité diskrétne molekuly sa môžu správať pri nízkych teplotách ako malé magnety. [7] Archetypálna molekula je:
Mn12Ac v skratke. Štruktúra dodekanukleárneho centra mangánu je znázornená na obrázku 3.
Výhodou magnetických molekúl oproti iným typom magnetických častíc je to, že sú absolútne monodisperzné a že ich možno v zásade riediť a organizovať pomocou supramolekulárnych chemických techník. V súčasnosti sa vynakladá veľké úsilie na odvodenie magnetických molekúl, ich usporiadanie na vhodných nosičoch, ako je zlato alebo kremík, aby bolo možné k nim pristupovať individuálne. Sen o uchovávaní informácií v jednej molekule sa môže stať skutočnosťou!
Po Mn12 bolo objavených a skúmaných niekoľko ďalších typov magnetov z jednej molekuly. Zistilo sa, že tieto zhluky mong obsahujúce osem iónov železa (III) vykazujú tunelové oscilácie v prítomnosti priečne aplikovaného magnetického poľa. Toto je podpis Berryho vo fáze magnetu, o ktorom ako prvé informovali Sessoli a Wernsdorfer v roku 1999. [8]
Nedávno sa zistilo, že podobné účinky pomalej relaxácie možno pozorovať u jednorozmerného magnetu. [9] Zlúčenina, ktorá obsahuje ióny C0 2+, ktoré sa pravidelne striedajú v priestore s organickými radikálmi, sa správa ako ferimagnet. Pod 20 K relaxačný čas magnetizácie rýchlo rastie s klesajúcou teplotou, s bariérou preorientovania magnetizácie o viac ako 150 K. Semikvantitatívne vysvetlenie bolo poskytnuté pomocou modelu navrhnutého Glauberom v roku 1963. To otvára zaujímavú perspektívu., aby sa umožnilo ukladanie informácií v segmentoch, polymér, ktorý sa preto správa ako nanomagnetický drôt.
Na záver chcem spomenúť, že magnetické molekuly sú zaujímavé aj v prípade antiferomagnetického správania. Asi najvýznamnejším príkladom je klaster [10] obsahujúci ióny M0 6+ a 30 Fe 3+, ktorý má štruktúru znázornenú na obrázku 4. .
Ióny molybdénu sú nemagnetické, takéto magnetické správanie je spojené s interakciami medzi iónmi železa. Táto zlúčenina nepreukázala kvantové účinky až do oblastí mK v dôsledku veľkej degenerácie malých situácií spojených s frustráciou spinov.
Molekulárne magnety otvárajú nové možnosti pozorovania klasických kvantových javov v mezoskopickej hmote. Táto oblasť sa ešte len začína, ale v najbližších rokoch možno očakávať veľký pokrok. Možné aplikácie sa môžu pohybovať od kvantových počítačov po nové typy kontrastných látok na zobrazovanie magnetickou rezonanciou.
[1] Zábradlie. A. J.; Tehliarka. N; Levanduľa, I .; Rawson, J. M.; Gregory. C. 1; Tanner, B. K.; Clegg, w .; Elsegood, M. R. J.; Palacio, F. Angew Chem Int Bd Bng 11996, 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, r. 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 .; Desplanches, c .; Scuiller, A .; Train, C.; Garde, R.; Gelly, G.; Lomenech, c .; Rosenrnan, 1. Y. P.; Cartier, c .; Zloduch, F. Coord. Chem. Rev. 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. Rev. Lett. 1996, 76, 3830, Thomas, L.; Lionti, F. Ballou, R. Gatteschi, D. Sessoli R. Barbara B., Nature 1996, 383, 145.
[8] Wernsdorfer, w .; Sessoli, R. Science 1999,284, 133-135.
[9] Caneschi, A .; Gatteschi, D.; Lalioti, N .; Sangregorio, C.; Sessoli, R.; Venturi, G.; Vmdigni, A .; Rektori, A .; Pini, M. G.; Novak, M. A. 'Reťazce kobaltu (II) -nitronylnitroxidu ako molekulárne magnetické nanodrôty' Angew. Chem. Int. Bd., 2001, 40,1760-1763.
[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-+.
Cieľom tohto projektu je zahrnúť a uložiť nanorozsahovú elektronickú dopravu medzi prioritné smery základného výskumu na vnútroštátnej úrovni v súlade s cieľmi Rady pre schválenie (ENIAC) Európskej technologickej platformy pre nanoelektroniku. Projekt, ktorý navrhujeme, pokrýva značnú časť najnovších paradigiem mezoskopickej fyziky a aspekty, ktorým sa venujeme, sa nachádzajú v programe 7. RP (nanovedy, nanotechnológie). Projekt je zameraný na vysvetlenie nových výsledkov vo fyzike nanosystémov a získanie nových teoretických formulácií v oblasti nelineárnych a časovo závislých transportných javov v kvantových bodových systémoch a kvantových pumpách. Korelovaný elektronický transport, kvantové čerpanie a fotonicky indukované tunelové javy v systémoch kvantového venca a dynamika rotácie v mezoskopických zariadeniach budú skúmané z teoretického hľadiska.