Forscher entdecken ein neues Werkzeug zum Aufbau neuartiger magnetischer Materialien auf Metallbasis

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Künstlerische Darstellung der synthetisierten Verbindungen zur Veranschaulichung einer Pfannkuchenbindung zwischen organischen Radikalen. Bildnachweis: Wiedergabe von Grenzen der Anorganischen Chemie., 2020, 7, 2592-2601 mit Genehmigung der Royal Society of Chemistry.

Eine kanadisch-finnische Zusammenarbeit hat zur Entdeckung einer neuen magnetischen Verbindung geführt, bei der zwei magnetische Dysprosiummetallionen durch zwei aromatische organische Radikale verbrückt werden, die eine Pfannkuchenbindung bilden. Die Ergebnisse dieser Studie können verwendet werden, um die magnetischen Eigenschaften ähnlicher Verbindungen zu verbessern. Die theoretische Untersuchung der Studie wurde von Jani O. Moilanen, wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Universität Jyväskylä, durchgeführt, während die experimentellen Arbeiten an der Universität von Ottawa in Gruppen von Professoren durchgeführt wurden. Muralee Murugesu und Jaclyn L. Brusso. Die Forschungsergebnisse wurden im anerkannten Chemiejournal veröffentlicht.Grenzen der Anorganischen Chemie im Juli 2020 – mit dem Cover.


Magnete werden in vielen modernen elektronischen Geräten verwendet, die von Mobiltelefonen und Computern bis zu medizinischen Bildgebungsgeräten reichen. Neben dem traditionellen MetallMagnete auf Basis eines der aktuellen Forschungsinteressen auf dem Gebiet der Magnetismus wurde die Untersuchung von Einzelmolekülmagneten bestehend aus Metallionen und organische Liganden. Die magnetischen Eigenschaften von Einzelmolekülmagneten sind rein molekularen Ursprungs, und es wurde vorgeschlagen, dass Einzelmolekülmagnete in Zukunft in Informationsspeichern mit hoher Dichte, spinbasierter Elektronik (Spintronik) und Quantencomputern verwendet werden könnten.

Leider zeigen die meisten derzeit bekannten Einzelmolekülmagnete ihre magnetischen Eigenschaften nur bei niedrigen Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt (? 273 ° C), was ihre Verwendung in elektronischen Geräten verhindert. Der erste Einzelmolekülmagnet, der seine Magnetisierung über den Siedepunkt von flüssigem Stickstoff (? 196 ° C) beibehielt, wurde 2018 beschrieben. Diese Studie war ein beachtlicher Durchbruch auf dem Gebiet der magnetischen Materialien, da sie zeigte, dass Einzelmolekülmagnete bei funktionieren höhere Temperaturen können ebenfalls realisiert werden.

Hervorragende magnetische Eigenschaften der angegebenen Verbindung bei erhöhten Temperaturen resultierten aus der optimalen dreidimensionalen Struktur der Verbindung. Theoretisch könnten ähnliche Konstruktionsprinzipien für Einzelmolekülmagnete verwendet werden, die mehr als ein Metallion enthalten, aber die dreidimensionale Struktur von mehrkernigen Magneten steuern Verbindungen ist viel schwieriger.

In der neuen Verbindung wurden verbrückende organische Radikale verwendet

Anstatt die dreidimensionale Struktur der angegebenen Verbindung vollständig zu kontrollieren, wurde in dieser Studie eine andere Entwurfsstrategie verwendet.

“Wie Dysprosiumionen haben auch organische Radikale ungepaarte Elektronen, die mit ungepaarten Elektronen von Metallionen interagieren können. Somit können organische Radikale verwendet werden, um die magnetischen Eigenschaften eines Systems zusammen mit Metallionen zu steuern. Besonders interessante organische Radikale überbrücken solche, wie sie können diese Designstrategie in unserer Studie anwenden und überraschenderweise eine Verbindung synthetisieren, bei der nicht nur ein, sondern zwei organische Radikale zwei Dysprosiumionen verbrückten und a bildeten Pfannkuchen Bindung durch ihre ungepaarten Elektronen “, erklärt Prof. Muralee Murugesu von der Universität von Ottawa.

“Obwohl die Bildung der Pfannkuchenbindung zwischen zwei Radikalen bekannt ist, war dies das erste Mal, dass die Pfannkuchenbindung zwischen zwei Metallionen beobachtet wurde. Die Wechselwirkung zwischen organischen Radikalen wird aufgrund der dreidimensionalen Struktur oft als Pfannkuchenbindung bezeichnet Die Wechselwirkung organischer Radikale ähnelt einem Stapel Pfannkuchen “, erzählt Prof. Jaclyn L. Brusso von der Universität Ottawa.

Die Pfannkuchenbindung in der neuen Verbindung war sehr stark. Daher wechselwirkten die ungepaarten Elektronen der organischen Radikale nicht stark mit den ungepaarten Elektronen der Dysprosiumionen, und die Verbindung fungierte nur bei niedrigen Temperaturen als Einzelmolekülmagnet. Die Studie ebnet jedoch den Weg für die neue Entwurfsstrategie für neuartige mehrkernige Einzelmolekülmagnete und hat weitere Forschungen eingeleitet.

“Computerchemische Methoden lieferten wichtige Einblicke in die elektronische Struktur und die magnetischen Eigenschaften der Verbindung, die in zukünftigen Studien verwendet werden können. Durch Auswahl der richtigen Art organischer Radikale können wir nicht nur die Art der Pfannkuchenbindung zwischen den Radikalen steuern, sondern auch verbessern das magnetische Eigenschaften Jani O. Moilanen von der Universität Jyväskylä kommentiert die Verbindung insgesamt.


Radikalmoleküle fangen, bevor sie verschwinden


Mehr Informationen:
Maykon A. Lemes et al., Beispiellose intramolekulare Pfannkuchenbindung in einem {Dy2} -Molekülmagneten, Grenzen der Anorganischen Chemie (2020). DOI: 10.1039 / D0QI00365D

Zur Verfügung gestellt von
Universität Jyväskylä

Zitat: Forscher entdecken ein neues Werkzeug zur Konstruktion neuartiger magnetischer Materialien auf Metallbasis (2020, 13. August), das am 13. August 2020 von https://phys.org/news/2020-08-tool-metal-based-magnetic-materials.html abgerufen wurde

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