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Single-molecule magnets based on the orbitally-degenerate spin centers and stable organic radicals complexes

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Temperature di funzionamento superiori per magneti miniaturizzati

I magneti a singola molecola (SMM) potrebbero portare alla memorizzazione a elevata densità di informazione basata su cambi di spin nelle singole molecole. Gli scienziati hanno sviluppato nuovi materiali magnetici progettati razionalmente per superare gli attuali colli di bottiglia che ostacolano la diffusa implementazione.

Energia

I magneti sono usati ampiamente in numerosi campi; il loro mercato è più grande di quello dei semiconduttori. La scoperta che alcuni complessi metallici polinucleari formati da una parte organica e una metallica si comportano come magneti a livello molecolare ha suscitato un enorme interesse. Una della barriere al loro impiego sono state le basse temperature di bloccaggio a cui è stata osservata la magnetizzazione della singola molecola. In sostanza, la temperatura di bloccaggio determina il limite superiore della temperatura di funzionamento del magnete. Una bassa temperatura di bloccaggio, molto inferiore alla temperatura ambiente, rende difficoltoso l’impiego in dispositivi reali. Uno degli obbiettivi principali del progetto VOLURAD, finanziato dall’UE, era quello di determinare le regole per una progettazione razionale di sistemi a cluster polinucleari con temperature di bloccaggio più alte. I ricercatori hanno usato un approccio basato sui sistemi con spin diversi. Nei sistemi con spin diversi, due orientamenti di spin (up e down) sono separati da una barriera energetica U. Se la barriera è più alta, il bloccaggio della magnetizzazione o il mantenimento dello stato magnetizzato potrebbe essere più lungo. Questo significa che il sistema sarebbe adatto per la memorizzazione di informazioni. Gli scienziati hanno perciò tentato di aumentare la temperatura di bloccaggio aumentando la U. I ricercatori si sono concentrati sulla chimica di coordinazione dei sistemi con spin diversi che finora non era stata studiata bene. I complessi polinucleari contengono due o più atomi centrali metallici o ioni circondati da atomi non metallici o gruppi di atomi chiamati ligandi in una singola sfera di coordinazione. Il team ha sintetizzato molti complessi polinucleari nuovi. Essi erano composti da centri metallici 4d (rutenio) o centri metallici 5d (osmio o renio) con ioni metallici 3d oltre che ioni metallici 3d con nitrossidi (radicali liberi stabili). Gli elementi costituenti sono stati scelti per soddisfare i prerequisiti per il comportamento SMM. Questi sono una forte anisotropia negativa (perpendicolare) e uno stato fondamentale a spin elevato (relativamente molti elettroni non accoppiati). La maggior parte dei nuovi composti sono stati caratterizzati strutturalmente con la diffrazione di raggi X da singolo cristallo. Sono state inoltre determinate le loro proprietà magnetiche, e delle pubblicazioni si trovano attualmente in varie fasi di revisione. I risultati possiedono un valore multidisciplinare, e contribuiscono ad aree che comprendono i materiali basati su molecole, la chimica e la nanotecnologia. Forse l’effetto immediato più evidente sarà quello sull’elaborazione delle informazioni, che contribuirà alla supremazia europea in un settore tecnologico in forte espansione.

Parole chiave

Magneti a singola molecola, complessi metallici polinucleari, temperatura bloccaggio, spin diverso, barriera energetica

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