Magneter bildade av en enda molekyl är av särskilt intresse för datalagring, eftersom förmågan att lagra lite på varje molekyl kan öka lagringskapaciteten för datorer avsevärt. Forskare har nu utvecklat ett nytt molekylärt system med en speciell magnetisk hårdhet. Ingredienserna i detta specialrecept är sällsynta jordartsmetaller och en ovanlig kvävebaserad molekylär bro, som visas i studien publicerad i tidskriften Angewandte Chemie .

Lämpligheten hos en molekyl att bli ett magnetiskt datalagringsmedium är beroende av dess elektroners förmåga att magnetiseras och motstå avmagnetisering, även känd som magnetisk hårdhet. Fysiker och kemister bygger molekylära magneter som denna av metalljoner som är magnetiskt kopplade till varandra via molekylära broar.

Dock, dessa kopplingsbroar måste uppfylla vissa kriterier, som enkel tillverkning och mångsidighet. Till exempel, en radikal dikvävebrygga - två kväveatomer med en extra elektron, gör dikvävet till en radikal – gav enastående resultat för sällsynta jordartsmetalljoner, men är mycket svår att kontrollera och erbjuder "inget utrymme för modifiering, "förklara Muralee Murugesu och hans team från University of Ottawa, Kanada, i deras studie. För att ge dem större utrymme, teamet förstorade denna brygga med ett "dubbelt dikväve"; den outforskade tetrazinliganden har fyra kväveatomer snarare än två.

För att producera den molekylära magneten, forskarna kombinerade den nya tetrazinliganden med sällsynta jordartsmetaller – grundämnena dysprosium och gadolinium – och tillsatte ett starkt reduktionsmedel till lösningen för att bilda de radikala tetrazinbryggorna. Den nya magneten kristalliserades i form av mörkröda prisma-formade flingor.

Forskarna beskriver den molekylära enheten i denna kristall som ett tetranukleärt komplex där fyra ligandstabiliserade metalljoner överbryggas av fyra tetrazinradikaler. Den viktigaste egenskapen hos denna nya molekyl är dess extraordinära magnetiska hårdhet eller tvångsfält. Detta innebär att komplexen bildade en hållbar enmolekylmagnet som var särskilt motståndskraftig mot demagnetisering.

Teamet förklarar att detta höga tvångsfält uppnås genom stark koppling genom den radikala tetrazinenheten. Molekylens fyra metallcentra är sammankopplade för att ge en molekylenhet med ett gigantiskt spinn. Endast föregångaren till denna molekyl, med kvävebryggan, gav starkare koppling. Dock, som redan nämnts, den var också mycket mindre mångsidig och mindre stabil än den nya tetrazinradikalbron.

Teamet lyfter fram att denna metod kan användas för att producera andra multinukleära komplex med jättespinn, erbjuder fantastiska möjligheter att utveckla extremt effektiva enmolekylära magneter utan svårigheterna från tidigare kandidater.