Elektroner kan vara ett övertygande gäng, eller åtminstone, ett pratsamt gäng, enligt nytt arbete från John Berrys labb vid University of Wisconsin-Madison.

Spinn av oparade elektroner är roten till permanent magnetism, och efter 10 år av design och omdesign, Berrys labb har gjort en molekyl som får magnetisk styrka genom ett ovanligt sätt att kontrollera dessa snurr.

Berry säger att den nya strukturen som doktoranden Jill Chipman skapade kan leda till ett genombrott inom kvantberäkning, ett tillvägagångssätt med så stor potential att det kan undergräva dagens kiselbaserade superdatorer ungefär som telefonen gjorde telegrafen:Ett stort steg framåt som börjar en glida in i irrelevans.

Närvaron och aktivitet, eller "snurra, "av oparade elektroner bestämmer styrkan hos en permanentmagnet, så molekyler med hög spinngrad är ett önskvärt mål för kemister. Det ovanligt stora snurret i den nya magnetiska molekylen, Berry förklarar, resultat från en "budbärarelektron" som pendlar mellan en oparad elektron i varje ände av den stavformade molekylen och övertalar dem alla tre att anta samma spinn.

Denna överenskommelse om spinn, "ortogonalitet" i jargongen, ger styrka till en permanent magnet.

Bär, en UW-Madison professor i kemi, noterar att i andra material, en vandringselektron tenderar att motverka spinn av magnetiska centra, minskar den magnetiska styrkan. I Chipmans nya skapelse, dock, budbärarelektronen är fokuserad på harmoni:som en resande socialarbetare, det får de två avlägsna oparade elektronerna att ta samma snurr, ger styrka och/eller hållbarhet.

Den nya molekylen, beskrivs i Kemi - En europeisk tidskrift , innehåller kol, nickel, klor, kväve, och molybden, men saknar de kostsamma sällsynta jordartsmetallerna som har fördärvat ansträngningarna att kommersialisera superstarka nya magneter. Dess struktur antyder att molekylen kan formas till en polymer - en återkommande kedja av enheter som de som finns i plast - vilket ökar möjligheten för billigare, starkare magneter.

"Vi försökte ta bort elektroner från den här molekylen för 10 år sedan så den hade en oparad elektron i varje ände, men kom inte långt, " säger Berry. "Vi har sedan dess lärt oss att detta gjorde en kemikalie som verkligen är temperaturkänslig, så Jill var tvungen att utveckla en lågtemperaturprocess som förlitar sig på torris för att kyla den till -78 grader C."

Den "resande socialarbetare"-elektronen etablerar "en designprincip som skulle kunna användas för att skapa många nya magnetiska molekyler som beter sig som små stångmagneter, " säger Berry.

Upptäckten möjliggjordes också av att man förra sommaren kom ett instrument som kallas SQUID-magnetometer (Superconducting Quantum Interference Device) som kan mäta magnetism med stor noggrannhet ner till under 2 grader över absoluta nollpunkten.

Mycket av fokus för magnetinnovation handlar om större styrka, Berry säger, "men det finns alla möjliga saker som folk letar efter. Vi behöver både permanentmagneter och de med tillfällig magnetisering av olika tekniska skäl. Magneter är utbredda i ultrakall kylning, motorer, datorhårddiskar och elektroniska kretsar."

Genom att gå nästa steg, och miniatyrisera magneter till en enda molekyl, som skulle kunna möjliggöra kvantberäkning, säger Berry. Kvantberäkning kan vara särskilt fördelaktigt för kemister, som konfronterar häpnadsväckande komplexitet när de försöker modellera de kemiska reaktionerna som är deras bröd och smör.