När du lagrar data, konventionella tekniker når alltmer sina gränser. Så kallade singelmolekylmagneter skulle kunna ge ett botemedel. Forskarlag från Kaiserslautern och Karlsruhe undersöker deras lagringsegenskaper. Fokus ligger på metaller i molekyler, som är ansvariga för de magnetiska egenskaperna och därmed för lagringsegenskaperna. Med hjälp av en ny metod, teamen har nu för första gången lyckats undersöka dessa material mer i detalj. I likhet med slow motion, detaljer kan nu analyseras på ett kompletterande sätt för att ta reda på mer om deras lagringskapacitet. Studien publicerades i tidskriften Angewandte Chemie .

Oavsett om hårddiskar, minneschips eller sensorer - magneter gör lagring av data möjlig i första hand. Grunden för magnetism är spinn av elektroner, även känd som det inneboende vinkelmomentet. Teamet runt professor Dr Volker Schünemann och hans doktorand Lena Scherthan från institutionen för biofysik och medicinsk fysik vid Technische Universität Kaiserslautern (TUK) arbetar på en ny form av magneter, enstaka molekylmagneter. Sådana magneter skulle kunna göra det möjligt att lagra betydligt mer information i framtiden.

"Enkelmolekylmagneter består av ett metallcentrum som är kopplat till så kallade organiska ligander och bildar därmed en molekyl, sade Scherthan, den första författaren till den aktuella studien. "Endast vissa metaller är lämpliga för den här typen av molekyler. Dessa inkluderar järn, till exempel, men också mindre kända kemiska grundämnen från lantanidgruppen, såsom dysprosium som vi arbetar med." De är också kända som sällsynta jordartsmetaller. Det speciella med dem:Deras elektroner kan generera ett magnetiskt moment som är relativt stort för en molekyl. Kaiserslauterns forskargrupp och forskargruppen ledd av kemisten professor Annie K. Powell från Karlsruhe Institute of Technology (KIT) undersöker lagringskapaciteten hos denna typ av enmolekylmagneter och hur den kan förbättras.

Dessutom, speciella tekniker används:Mössbauer-spektroskopi är en analysmetod där absorptionen av atomkärnor undersöks med hjälp av högenergiröntgenstrålar. På TUK campus, denna metod används för att undersöka järnhaltiga ämnen och även proteiner. Schünemanns team använde en strålningskälla (Advanced Photon Source) vid US Argonne National Laboratory nära Chicago för sina experiment.

För första gången, det har nu varit möjligt att undersöka en enskild molekylmagnet med dysprosium som metallcentrum med denna metod. "Experimenten utfördes vid extremt låga temperaturer på -269 grader Celsius i flytande helium, " fortsatte fysikern. Sådana låga temperaturer är nödvändiga eftersom många av de enstaka molekylmagneterna som utvecklats hittills, uppvisar endast sina karakteristiska egenskaper under dessa förhållanden.

Dessutom, denna spektroskopiska metod ger en mer detaljerad bild av atomernas kosmos. Denna teknik gör det möjligt för forskare att dra slutsatser om interaktionerna mellan metallkärnan och ligander. "Vi kan undersöka egenskaperna hos metallcentret på ett liknande sätt som slow motion, " forskaren jämför metoden hon presenterar med sina forskarkollegor i sin nuvarande studie. "Vi ser ytterligare information jämfört med våra konventionella metoder. Till exempel, vi kan se hur snabbt systemet återgår till sitt ursprungliga tillstånd och hur lång molekylens lagringstid är."

Målet för forskargrupperna Kaiserslautern och Karlsruhe är att bättre förstå de karakteristiska egenskaperna hos enmolekylmagneter för att strategiskt utveckla ytterligare system. Förutom system som bara har ett enda metallcentrum, TUK-teamet och professor Powells grupp undersöker också egenskaperna hos enstaka molekylmagneter som har två eller flera metallcentra. Fokus ligger här på växelverkan mellan metallerna. "Detta kan leda till bättre lagringsbeteende, sa Scherthan.

Arbetet skedde inom ramen för Transregio Collaborative Research Center "Cooperative Effects in Homo and Heterometallic Complexes" (SFB/TRR 883 MET). Forskarlag från kemi och fysik arbetar tvärvetenskapligt med molekylära system med två till fyra metallcentra. Ett av målen är att utveckla nya egenskaper och funktioner på molekylär nivå, till exempel för att erhålla effektivare material för magnetisk lagring eller effektivare katalysatorer för kemiska reaktioner.

Studien publicerades i den välrenommerade tidskriften Angewandte Chemie .