МОЛЕКУЛЯРНИЙ МАГНЕТИЗМ МЕЗОСКОПІЧНІ ТА НАНОСКОПІЧНІ СТРУКТУРИ
МОЛЕКУЛЯРНИЙ МАГНЕТИЗМ: МЕЗОСКОПІЧНІ ТА НАНОСКОПІЧНІ СТРУКТУРИ
Усі використовувані в даний час магніти засновані на металевих або іонних сітках. Приблизно два десятиліття хіміки розпочали глибокий проект із застосуванням молекулярно-хімічних методів для розробки нових класів магнітів на основі молекул, а не металів чи оксидів. Ідея цього проекту полягає у тому, щоб закликати вас створити нові класи матеріалів із властивостями, на які можна захоплююче очікувати. Продовження цього дослідження було успішно розвинене, коли було виявлено, що органічні сполуки можуть поводитися як провідники, а надпровідники як класичні неорганічні матеріали. За кілька років було виявлено, що дійсно можливі чисто органічні магніти, хоча критичні температури все ще дуже низькі. Найбільш перспективні результати були отримані при використанні азотних, сірчаних органічних радикалів, які ведуть себе як феромагнетики, слабкіші за 35 К. [1]. З іншого боку, за допомогою суміші іонів перехідних металів та органічних радикалів вдалося отримати ферримагнетик при кімнатній температурі [2], і подібні результати були отримані за допомогою похідних старого прусського синього [3].
Окрім хімічної проблеми складання нових конструкцій за допомогою стабільних помірних будівельних блоків, таких як органічні радикали, фактори припускають, що магнетизм:
• можливість тонкої зміни властивостей матеріалів за допомогою гнучких молекулярних технологій;
• Можливість побудови як книга магнітної молекули зростаючих розмірів, яка поводиться як молекулярні наномагніти;
• Можливість отримання багатофункціональних матеріалів.
Прикладом останньої можливості був нещодавно повідомлений Коронадо [4]. Він застосував гібридний підхід, збираючи разом неорганічні будівельні блоки, такі як оксалат перехідного металу та органічні радикали, такі як відомий, добре відомий BEDT-TTF. розгорнутої форми та матеріальних надпровідників. Вони отримали шляхом електрокристалізації сполуки загальної формули [BEDT-TTFh [MnCr (оксалатох]]. Структура включає неорганічні сотові шари [MnCr (оксалатох) - розділені стеками органічних радикалів, як показано на фіг.1.
Середня норма на молекулах BEDT-TIF становить 0,34. Неорганіка є ізолюючим шаром, тоді як органічна фракція є провідником. Магнітна зв'язок досить сильна в неорганічних шарах, і це в поєднанні з тим, що слабкі взаємодії працюють між шарами, спричинило перехід з об'ємною феромагнітною поведінкою нижче 5,5 К. Отже, нижче критичної температури матеріал поводиться як феромагнітний провідник. Хоча системи цього типу заліза добре відомі самі по собі, у молекулі похідні магнітних електронів утворені інакше, ніж електрони, що забезпечує можливість спостереження за новими явищами.
Іншою важливою особливістю молекулярних магнітів є те, що вони, як правило, є ізоляторами, тому вони набагато прозоріші для УФ-видимого світла, ніж звичайні магніти. Отже, можна використовувати світло для індукції магнітних переходів. Цей підхід був використаний, наприклад, групами Вердагера та Хашимото [5,6]. Похідні блакитної Пруссії є складними ціанідами загальної формули ABC (NC). Коли B = Fe 2+ та C = C0 3+, сполука є діамагнітною, оскільки обидва знаходяться у своїх низькоспінових іонах, немагнітному стані. Підсвічуванням червоного світла все це дозволяє викликати перенос електрона, при якому Fe2 + змінюється на Fe 3+ з низьким спіном + з одним вільним електроном, а CO 3+ на C 0 2+ з високим спіном + з трьома електронами непарні:
Схематичне креслення індукованого перетворення світла показано на фіг.2 .
Матеріали замовляються як сипкі праски опромінення нижче 50 К. Якщо ми виконаємо цю температуру нижче, ми спостерігатимемо перехід легкої магнітної індукції в основному. Найбільш захоплюючою еволюцією молекулярного магнетизму за останні роки стало відкриття того, що певні дискретні молекули можуть поводитися при низьких температурах, як малі магніти. [7] Архетипною молекулою є:
Mn12Ac коротше. Структура додекануклеарного центру марганцю показана на фіг.3.
Перевага магнітних молекул перед іншими типами магнітних частинок полягає в тому, що вони абсолютно монодисперсні і що, в принципі, їх можна розбавляти та організовувати надмолекулярними хімічними методами. В даний час докладається багато зусиль для отримання магнітних молекул, їх організації на відповідних опорах, таких як золото або кремній, щоб мати можливість підходити до них індивідуально. Мрія зберігати інформацію в одній молекулі може стати реальністю!
Після Mn12 було виявлено та досліджено кілька інших типів магнітів в одній молекулі. Встановлено, що ці монг-кластери, що містять вісім іонів заліза (III), демонструють тунельні коливання в присутності поперечно прикладеного магнітного поля. Це підпис Беррі у фазі магніту, про який вперше повідомили Сессолі та Вернсдорфер у 1999 р. [8]
Нещодавно було виявлено, що подібні ефекти повільної релаксації можна спостерігати в одновимірному магніті [9]. З'єднання, що містить іони С0 2+, які регулярно чергуються в просторі з органічними радикалами, поводиться як ферримагнетик. Нижче 20 K час релаксації намагніченості швидко зростає із зниженням температури, при цьому бар'єр для переорієнтації намагніченості перевищує 150 К. Напівкількісне пояснення було надано з використанням моделі, запропонованої Глаубером в 1963 р. Це відкриває цікаву перспективу., щоб дозволити зберігати інформацію в сегментах, полімер, який, отже, поводиться як наномагнітний провід.
Наостанок я хочу зазначити, що магнітні молекули також цікаві у випадку антиферомагнітної поведінки. Мабуть, найбільш значущим прикладом є той кластер [10], що містить іони M0 6+ і 30 Fe 3+, який має структуру, показану на фіг.4 .
Іони молібдену немагнітні, така магнітна поведінка пов’язана із взаємодіями між іонами заліза. З'єднання не продемонструвало квантового знижувального впливу на області mK через велику дегенерацію малих розташованих станів, пов'язану зі спіновими розладами.
Молекулярні магніти відкривають нові можливості для спостереження класичних квантових ефектів у мезоскопічній речовині. Поле лише починається, але в найближчі кілька років можна очікувати значного прогресу. Можливі програми можуть варіюватися від квантових комп’ютерів до нових типів контрастних речовин для магнітно-резонансної томографії.
[1] Поруччя. А. Дж.; Bricklebank. N.; Лаванда, I.; Роусон, Дж. М.; Григорій. C. 1.; Таннер, Б. К.; Клегг, ш.; Елсегуд, М. Р. Дж.; Паласіо, Ф. Енджу Хім Int Bd Bng11996, 35, 2533
[2] Міллер, J. S. E. A. J. Angew Chem Int Bd Bngll994, 33, 385-415.
[3] Ферлей, С.; Мелла, Т.; Уахес, Р .; Veillet, P.; Вердагер, М. Природа 1995, 378, 701-703.
[4] Коронадо, Е .; Галан-Маскарос,]. Р.; Гомес-Гарсія, К. Дж.; Лаухін, у. Nature 2000, 408, 447-449.
[5] Сато, 0 .; ліода, А.; Фуджісіма, К.; Хашимото. К. Science 1996,272, 704.
[6] Вердагер, М.; Блюцен, А.; Марво, Ю.; Вайсерманн, Т.; Сейлейман. М.; Депланші, с .; Scuiller, A.; Поїзд, С.; Гарде, Р .; Геллі, Г.; Ломенек, с .; Розенрнан, 1. Ю. П.; Картьє, с .; Лиходій, Ф. Коорд. Хім. Преподобний 1999,190-192,1023-1047
[7] Гаттескі, Д.; Сессолі, Р. Енджу. Хім. Міжнародний Bd. Англ. 2003,42,268297 . Фрідман, Дж. Р Сарачик, М.П. Tejada J. Ziolo R., Phys. Преподобний Lett. 1996,76,3830; Томас, Л.; Lionti, F. Ballou, R. Gatteschi, D. Sessoli R. Barbara B., Nature 1996, 383, 145.
[8] Вернсдорфер, штат; Сессолі, Р. Наука 1999, 284, 133-135.
[9] Канескі, А.; Гаттескі, Д.; Лаліоти, Н.; Сангрегоріо, К.; Сессолі, Р .; Вентурі, Г.; Вмдіньї, А.; Ректори, А.; Піні, М. Г.; Новак, М. А. 'Ланцюги нітроксиду кобальту (II) -нітронілу як молекулярно-магнітні нанопроводи' Енджу. Хім. Міжнародний Bd., 2001, 40,1760-1763.
[10] Міллер, А.; Любань, М.; Шродер, К.; ModIer, R.; Когерлер, П.; Аксенович, М.; Шнак, Дж .; Кенфілд, П.; Будько, С.; Гаррісон, Н. Chemphyschem 2001, 2, 517-+.
Цей проект спрямований на включення та запровадження наномасштабного електронного транспорту серед пріоритетних напрямів фундаментальних досліджень на національному рівні, відповідно до цілей Ради з затвердження (ENIAC) Європейської технологічної платформи для наноелектроніки. Проект, який ми пропонуємо, охоплює значну частину останніх парадигм мезоскопічної фізики, а аспекти, що розглядаються, містяться в Програмі FP7 (Нанонауки, Нанотехнології). Проект присвячений поясненню нових результатів у фізиці наносистем та отриманню нових теоретичних формулювань у галузі нелінійних та залежних від часу транспортних явищ у квантово-точкових системах та квантових насосах. З теоретичної точки зору будуть досліджені корельовані явища електронного транспорту, квантової накачки та індукованих фотонами тунельних процесів у системах квантового приданого та динаміки спінів у мезоскопічних пристроях.