Att göra en helt ny typ av låda kräver ibland tänkande utanför lådan, vilket är precis vad spartanska kemister använde för att skapa en åttaatoms, magnetisk kub.

Den lilla lådan är kärnan i en ny magnetisk molekyl som kan driva framtida teknologier för datalagring, kvantberäkning och mer.

"I början verkade vårt tillvägagångssätt som en riktigt vild idé", säger Selvan Demir, biträdande professor i kemi vid College of Natural Science. "Men det visar sig att det fungerar."

Demir och hennes team publicerade sitt arbete i tidskriften Chem , som innehöll forskningen på omslaget till dess nummer 10 mars.

En del av det som gjorde forskarnas idé så vild var deras val att arbeta med startingredienser som är notoriskt petiga i kemivärlden.

En ingrediens är en grupp av grundämnen som kallas lantanider, som upptar en speciell rad mot botten av det periodiska systemet för grundämnen. Den andra är det metalliska elementet vismut, som vanligtvis inte får för mycket uppmärksamhet (även om vissa kanske känner igen det från dess roll i ljusrosa antacida som Pepto Bismol).

"Om du skulle ha frågat mig när jag började på MSU, "kommer du att göra vismutkemi?" Jag skulle förmodligen ha sagt, "Nej. Varför skulle jag göra det?'" sa Demir. "Vismutkemi ses i allmänhet som tråkig. Men det visar sig att vismut kombineras med andra element på förvånansvärt rika sätt."

Genom att hitta ett sätt att kombinera vismut med ett lantanidelement - särskilt terbium eller dysprosium - skapade de en molekyl med permanenta magnetiska egenskaper. Det är samma magnetism som finns i stavmagneter och hårddiskar, men i mycket mindre skala.

Den lilla skalan av molekylära magneter erbjuder tekniska möjligheter, som att förbättra lagringskapaciteten för magnetiska hårddiskar. Det finns också nya applikationer där konventionella magneter helt enkelt kan vara för stora för att bidra, till exempel i processorer för kvantdatorer.

Den första enmolekylära magneten upptäcktes för cirka 30 år sedan och sedan dess har forskare letat efter nya sorter med olika fysikaliska och kemiska egenskaper. De har också arbetat med att utveckla mer kreativa kemiska metoder för att tillverka magneterna. Här sticker Demirgruppens arbete ut.

Ze-Yu Ruan och Ming-Liang Tong, kemister vid Sun Yat-Sen University i Kina som inte var involverade i forskningen, beskrev projektet som "utan motstycke" och "imponerande" i en förhandsartikel för tidskriften Chem .

"Det här var förmodligen det svåraste jag har gjort med mitt team," sa Demir.

"Resultatet var först oväntat, men efter att ha upptäckt det optimerade vi syntesen för att rikta in föreningen för analys. Vi var förmodligen tvungna att köra 100 reaktioner för att hitta de bästa förutsättningarna för att göra det."

Molekylen i sig ser dock enkel ut och motsäger komplexiteten i processen som krävs för att göra den. Toppen och botten av molekylen är täckta med ringar av kol- och väteatomer. Varje ring är kopplad till en lantanid som bildar en kub med vismutatomerna.

"Lantanidmetallerna sitter på en tron ​​som ser ut som "stolens" struktur av cyklohexan, ett speciellt strukturellt motiv som är bekant inom organisk kemi, sa Demir. "Det är väldigt stabilt."

Den stabiliteten kommer väl till pass här eftersom naturen vanligtvis inte gillar att göra kuber.

Trots processens komplexitet, känsligheten hos de inblandade ingredienserna och utmaningarna med dess strukturella och fysiska karaktärisering, lyckades de spartanska forskarna upptäcka en helt ny typ av enmolekylär magnet.

"Vi är de första i världen som gör det här. Jag tycker det är coolt", sa Demir. "Det är inte varje dag man hittar en ny väg till något. Men det är utmaningen att arbeta i den här typen av okända områden med hög risk som får oss att komma tillbaka till labbet varje dag." + Utforska vidare

Använda lantanid-lantanidbindningar för att skapa kraftfullare permanentmagneter