МОЛЕКУЛАРЕН МАГНЕТИЗЪМ МЕЗОСКОПСКИ И НАНОСКОПСКИ СТРУКТУРИ
МОЛЕКУЛАРЕН МАГНЕТИЗЪМ: МЕЗОСКОПСКИ И НАНОСКОПСКИ СТРУКТУРИ
Всички използвани в момента магнити са базирани на метални или йонни решетки. За около две десетилетия химиците започнаха задълбочен проект, използващ молекулярно-химични техники, за да разработят нови класове магнити, базирани на молекули, а не на метали или оксиди. Идеята на този проект е да ви предизвика да създадете нови класове материали със свойства, които могат да се очакват вълнуващо. Продължението на това изследване беше успешно развито, когато беше открито, че органичните съединения могат да се държат като проводници и свръхпроводници като класически неорганични материали. След няколко години беше открито, че наистина са възможни чисто органични магнити, въпреки че критичните температури все още са много ниски. Най-обещаващите резултати бяха получени чрез използване на азотни, сярни органични радикали, които се държат като феромагнетици, по-слаби от 35 К. [1]. От друга страна, използвайки смес от йони на преходни метали и органични радикали, беше възможно да се получи феримагнетик при стайна температура [2] и подобни резултати бяха получени чрез използване на производни на старото пруско синьо [3].
Отвъд химическото предизвикателство за сглобяване на нови конструкции с помощта на стабилни, умерени градивни елементи като органични радикали, факторите предполагат, че магнетизмът:
• възможността за фина промяна на свойствата на материалите чрез използване на гъвкави молекулярни техники;
• Възможността да се изгради като книга магнитна молекула с нарастващи размери, която да се държи като молекулярни наномагнетици;
• Възможност за получаване на многофункционални материали.
Пример за последната възможност е наскоро докладваното Coronado [4] Той използва хибриден подход, сглобявайки заедно неорганични градивни елементи като метален производен преходен оксалат и органични радикали като известния BEDT-TTF, добре известен на разгърната форма и материални свръхпроводници. Те са получили чрез електрокристализация съединение с обща формула [BEDT-TTFh [MnCr (oxalatoh]]. Структурата включва неорганични пчелни пластове [MnCr (oxalatoh] - разделени от купчини органични радикали, както е показано на ФИГ.
Средната скорост на молекулите BEDT-TIF е 0,34. Неорганичните вещества са изолационният слой, докато органичната фракция е проводник. Магнитното свързване е доста силно в неорганичните слоеве и това, заедно с факта, че слабите взаимодействия функционират между слоевете, причинява преход с насипно феромагнитно поведение под 5,5 К. Следователно, под критичната температура материалът се държи като феромагнитен проводник. Въпреки че системите от този тип желязо са добре известни сами по себе си, в молекулата производните на магнитните електрони са направени по различен начин от електроните, като по този начин предлагат възможност за наблюдение на нови явления.
Друга важна характеристика на молекулните магнити е, че те обикновено са изолатори, поради което те са много по-прозрачни за UV-видимата светлина от конвенционалните магнити. Следователно е възможно да се използва светлина за индуциране на магнитни преходи. Този подход е използван, например, от групите Вердагер и Хашимото [5,6]. Дериватите от синя прусия са сложни цианиди с общата формула ABC (NC). Когато B = Fe 2+ и C = C0 3+, съединението е диамагнитно, тъй като и двете са в ниско спинови йони, немагнитно състояние. Чрез осветяване с червена светлина всичко това е възможно да индуцира електронен трансфер, при който Fe2 + се променя на нисък Fe 3+ спин + със свободен електрон и CO 3+ на C 0 2+ висок спин + с три електрона несдвоени:
Схематичен чертеж на индуцираната светлинна трансформация е показан на ФИГ.2 .
Материални поръчки като насипни ютии под 50 K облъчване. Ако изпълним тази температура по-долу, ще наблюдаваме индуциран от светлината насипен магнитен преход. Най-вълнуващата еволюция на молекулярния магнетизъм през последните години е откритието, че определени дискретни молекули могат да се държат при ниски температури като малки магнити. [7] Архетипната молекула е:
Mn12Ac накратко. Структурата на мангановия додекануклеарен център е показана на ФИГ.3.
Предимството на магнитните молекули пред другите видове магнитни частици е, че те са абсолютно монодисперсни и че по принцип те могат да бъдат разредени и организирани чрез супрамолекулни химически техники. Понастоящем се полагат много усилия за извличане на магнитни молекули, за организирането им върху подходящи опори, като злато или силиций, за да може да се подходи индивидуално към тях. Мечтата за съхраняване на информация в една молекула може да се превърне в реалност!
След Mn12 бяха открити и изследвани няколко други вида магнити от една молекула. Установено е, че тези mong-клъстери, съдържащи осем йони на желязо (III), показват тунелни трептения в присъствието на напречно приложено магнитно поле. Това е подписът на Бери във фазата на магнита, за който за първи път се съобщава от Сесоли и Вернсдорфер през 1999 г. [8]
Наскоро беше открито, че подобни ефекти на бавната релаксация могат да се наблюдават в едномерен магнит. [9] Съединение, което съдържа йони на С0 2+, редовно редувани в пространството с органични радикали, се държи като феримагнетик. Под 20 K времето за релаксация на намагнитването се увеличава бързо с намаляването на температурата, с бариера за преориентиране на намагнитването над 150 К. Получено е количествено обяснение с помощта на модел, предложен от Glauber през 1963 г. Това отваря интересна перспектива., за да позволи съхранението на информация на сегменти, полимер, който следователно се държи като нано магнитен проводник.
Накрая искам да спомена, че магнитните молекули са интересни и в случай на антиферомагнитно поведение. Може би най-значимият пример е този клъстер [10], съдържащ M0 6+ йони и 30 Fe 3+, който има структурата, показана на ФИГ. .
Молибденовите йони са немагнитни, подобно магнитно поведение е свързано с взаимодействия между железни йони. Съединението не демонстрира понижаващи квантови ефекти към mK региони поради голяма дегенерация на малки разположени състояния, свързани със спинови фрустрации.
Молекулярните магнити отварят нови възможности за наблюдение на класически квантови ефекти в мезоскопска материя. Полето тепърва започва, но през следващите няколко години може да се очаква голям напредък. Възможните приложения могат да варират от квантови компютри до нови видове контрастни вещества за ядрено-магнитен резонанс.
[1] Перила. А. Дж.; Bricklebank. Н .; Лавандула, I .; Rawson, J.M .; Григорий. C. 1.; Танер, Б. К.; Clegg, w .; Elsegood, M. R. J .; Palacio, F. Angew Chem Int Bd Bng11996, 35, 2533
[2] Милър, J. S. E. A. J. Angew Chem Int Bd Bngll994, 33, 385-415.
[3] Ferlay, S.; Малах, Т.; Ouahes, R.; Veillet, P.; Вердагер, М. Природа 1995,378,701-703.
[4] Coronado, E.; Galan-Mascaros,]. R.; Гомес-Гарсия, C.J .; Лаухин, у. Nature 2000, 408, 447-449.
[5] Сато, 0 .; лиода, А.; ФУджишима, К.; Хашимото. K. Science 1996,272, 704.
[6] Вердагер, М.; Bleuzen, A .; Марво, Ю.; Вайсерман, Т.; Seuileman. M.; Депланши, c .; Scuiller, A .; Влак, С .; Garde, R.; Гели, Г.; Ломенек, c .; Rosenrnan, 1. Y. P.; Картие, c .; Злодей, Ф. Коорд. Chem. Преп. 1999,190-192,1023-1047
[7] Гатески, Д.; Сесоли, Р. Енджу. Chem. Международна Bd. Engl. 2003,42,268297 . Friedman, J. R Sarachik, M.P. Tejada J. Ziolo R., Phys. Преп. Lett. 1996,76,3830; Томас, Л.; 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] Канески, А.; Гатески, Д.; Lalioti, N .; Sangregorio, C.; Сесоли, Р .; Вентури, Джорджия; Vmdigni, A .; Ректори, А .; Пини, М. Г.; Новак, М. А. "Кобалтови (II) -нитронил нитроксидни вериги като молекулярни магнитни наножици" Angew. Chem. Международна Bd., 2001, 40,1760-1763.
[10] Miiller, A .; Любан, М.; Schroder, C.; ModIer, R.; Kogerler, P.; Аксенович, М.; Schnack, J .; Canfield, P.; Будько, С.; Харисън, Н. Chemphyschem 2001, 2, 517-+.
Този проект има за цел да включи и наложи наномащабния електронен транспорт сред приоритетните насоки на фундаменталните изследвания на национално ниво, в съответствие с целите на Съвета за одобрение (ENIAC) на Европейската технологична платформа за наноелектроника. Проектът, който предлагаме, обхваща значителна част от най-новите парадигми на мезоскопската физика и разгледаните аспекти са намерени в програмата FP7 (Nanosciences, Nanotechnologies). Проектът е посветен на обяснение на нови резултати във физиката на наносистемите и получаване на нови теоретични формулировки в областта на нелинейните и зависими от времето транспортни явления в квантови точкови системи и квантови помпи. Корелираният електронен транспорт, квантовото изпомпване и фотонно индуцираните тунелни явления в системите за квантово зестра и динамиката на въртене в мезоскопични устройства ще бъдат изследвани от теоретична гледна точка.