Wiadomości ERBN - Gdy cząsteczki stają się magnesami - Roberta Sessoli alla giornata informativa dedicata all'ERC
"Spin" to pojęcie wywodzące się z fizyki kwantowej - cząstki takie jak elektrony posiadają "spin kwantowy", czyli kątowy moment pędu, którego nie da się przedstawić nie stosując opisu kwantowego. Spin elektronu stanowi część jego unikalnego stanu kwantowego; dzięki niemu poszczególne pierwiastki tworzące układ okresowy posiadają określone właściwości. Spin elektronowy powoduje ponadto powstawanie niewielkiego pola magnetycznego. Efektem odpowiedniego ukierunkowania pól wytwarzanych przez wiele elektronów są powszechnie znane siły magnetyczne. "Powyższe siły magnetyczne ('przyciąganie na odległość') od stuleci fascynują naukowców", tłumaczy prof. Sessoli. "Moje badania dotyczą hipotezy, w myśl której pojedyncze cząsteczki posiadają pamięć magnetyczną. Jest to zaskakujące założenie, odmienne od poglądów wyznawanych zaledwie 20 lat temu". Przełom nastąpił gdy odkryto, że zaledwie kilka atomów zlokalizowanych blisko siebie może zachowywać się jak magnes - w efekcie powstają "magnesy jednocząsteczkowe" ('single-molecule magnets' - SMMs), zwane również "nano-magnesami molekularnymi". "Obecnie badamy w jaki sposób można modyfikować pojedynczy "bit" informacji, przechowywany przez pojedynczą cząsteczkę". Gdy chemia spotyka się z fizyką Chociaż magnetyzm pojedynczej cząsteczki jest zjawiskiem fizycznym zachodzącym w nanoskali, magnesy SMM wytwarzane są w oparciu o "recepturę" chemiczną, w skali makro. Ich produkcja wymaga połączenia szeregu substancji w odpowiedniej kolejności oraz w odpowiednich warunkach otoczenia, takich jak temperatura, ciśnienie itd. % "By wywołać zjawiska pamięciowe w pojedynczej cząsteczce, niezbędne jest spełnienie szeregu wymagających kryteriów", tłumaczy prof. Sessoli. Z tego powodu multidyscyplinarne podejście, obrane przez uczestników projektu Molnanomas, okazało się kluczem do sukcesu. "Prowadzone przez nas prace wymagają szerokiej gamy umiejętności", dodaje prof. Sessoli. Przykładowo, wiedza z dziedziny chemii pozwala projektować cząsteczki zdolne do samo-organizacji i samo-wiązania się na płaskich powierzchniach zwanych substratami. Tak spreparowane molekuły można łączyć w obwody. "Dzięki temu specjaliści z dziedziny fizyki fundamentalnej mogą badać niepoznane dotychczas obszary, w których kwantowy świat cząstek magnetycznych łączy się z makro-skalowym światem substratu. Współpraca z chemikami pozwala odpowiednio modyfikować oddziaływania pomiędzy molekułami a substratem". Prof. Sessoli twierdzi, że badania fundamentalne mogą podważyć naszą dotychczasową wiedzę i spowodować pojawienie się nowych pytań. Uczestnicy projektu opublikowali poczynione przez siebie odkrycia w prestiżowym czasopiśmie Angewandte Chemie, otwierając tym samym drogę do nowych prac badawczych. Przełomowe technologie dzięki badaniom fundamentalnym "Grant zapewniony przez ERC znacząco ułatwia wykorzystanie posiadanej przeze mnie wiedzy na temat magnetyzmu i chemii molekularnej w kontekście nauk o powierzchniach", twierdzi prof. Sessoli. Wsparcie ze strony ERC pozwala ponadto stawić czoła wyzwaniu technicznemu, jakim jest pomiar magnetyzmu molekularnego na tle substratu o dużo większej powierzchni. Prawidłowe przeprowadzenie powyższego pomiaru wymaga często osiągnięcia bardzo niskich temperatury, a także wykorzystania rozbudowanej infrastruktury, takiej jak synchrotron (rodzaj akceleratora cząstek). "Realizowane przez nas prace dotyczą zjawisk kwantowych, które stają się coraz bardziej istotne z punktu widzenia elektroniki, wraz z postępującą miniaturyzacją nośników danych", twierdzi prof. Sessoli. "Pozyskując fundamentalną wiedzę naukową być może uda nam się dokonać przełomu technologicznego, lub wykonać duży krok naprzód". - Źródło: Prof Roberta Sessoli – Koordynator projektu: Università degli Studi di Firenze, Włochy - Nazwa projektu: Molecular Nanomagnets at Surfaces: Novel Phenomena for Spin-based Technologies - Akronim projektu: Molnanomas - strona internetowa projektu Molnanomas(odnośnik otworzy się w nowym oknie) - finansowanie w ramach 7PR (wezwanie ERC): Zaawansowany Grant 2010 - Wsparcie ze strony KE: 2,3 milionów euro - Czas trwania projektu: pięć lat