Новости химической науки > Магнит из молекулярных колес и стержней

Обычно при слове «магнит» мы представляем металлический предмет в форме подковы, в крайнем случае – металлический брусок. Однако магнит не обязательно может быть изготовлен из металла или оксида металла.

В последние годы исследователи также изучают молекулярные магниты, которые изготовлены либо только из органических соединений, либо из органических соединений, связанных с ионами металлов. В новой работе исследователи из Японии сообщают о новой молекулярной каркасной магнитной структуре, которая является комбинацией слоистых и стержнеобразных магнитных систем.

Магнит из молекулярных колес и стержней – магнитные слоистые структуры и цепи комбинируются с образованием трехмерной магнитной структуры. (Рисунок из Angew. Chem. Int. Ed., doi: 10.1002/anie.201410057)

Преимуществом молекулярных магнитов является то, что их свойства скорее схожи со свойствами полимерных материалов, а не металлов. Есть надежда, что такие материалы с настраиваемыми оптическими, электрическими, механическими свойствами, биологической совместимостью, а также другой комбинацией характеристик могут найти применение там, где нельзя использовать обычные металлические или металлоксидные магниты. Такими применениями могут оказаться, например, новые способы хранения информации, а также диагностика и медицина. Однако, технология молекулярных магнитов в настоящее время находится лишь в самом начале становления, и одной из наиболее серьезных помех, ограничивающих практическое применение таких магнитных материалов, является то обстоятельство, что большинство молекулярных магнитов в настоящее время работают только при исключительно низких температурах.

Для того чтобы материал мог проявлять магнитные свойства, необходимо макроскопически упорядоченное расположение индивидуальных молекулярных магнитов (молекулярный магнетизм отдельных частиц определяется их спиновым состоянием). Обычно в рамках молекулярной каркасной структуры такие магниты расположены на слишком большом удалении друг от друга для того, чтобы взаимодействовать непосредственно, тем не менее, определенные сочетания химических связей могут передавать магнитное взаимодействие. Но, даже несмотря на это, в системах, состоящих из различных строительных блоков с магнитными свойствами, не так просто контролировать магнитные взаимодействия между отдельными слоями или цепями, образующими материал.

Хироки Фукунага (Hiroki Fukunaga) и Хитоси Миясака(Hitoshi Miyasaka) из Университета Тогоку получили трехмерную структуру с дальним магнитным порядком, комбинируя двумерные магнитные слои и одномерную стержнеобразную магнитную систему. В получившейся в результате такой комбинации системе элементы-стержни обеспечивают взаимодействие между индивидуальными магнитными слоями, что дает возможность самопроизвольному намагничиванию всего материала.

Магнитные слои нового материала состоят из напоминающих по форме колесо комплексов, в которых входит ион рутения. Эти «молекулярные колеса» объединены в большие по размеру слои за счет плоского органического полупроводника (тетрацианохинондиметана, TCNQ). «Стержни» обеспечивают объединение отдельных слоев в трехмерную кристаллическую решетку, они представляют собой две плоские молекулы, связанные с ионом железа.

Материал проявляет магнитные свойства при температуре ниже, чем -191°C (-166°C при повышенном давлении). Может показаться, что такая температура низка, однако для молекулярных магнитов такой режим может считаться относительно «теплым», и это, как полагают японские исследователи, говорит о том, что они движутся в правильном направлении.

Источник: Angew. Chem. Int. Ed., doi: 10.1002/anie.201410057

метки статьи: #молекулярная электроника, #молекулярные устройства