Ett internationellt forskargrupp under ledning av professor Dr. Annie Powell, kemist vid Karlsruhe Institute of Technology (KIT), och professor Dr Jürgen Schnack, en fysiker vid Bielefeld University, har syntetiserat en ny magnetisk molekyl. Teamet har rapporterat den största ground state spin som någonsin uppnåtts. Det publicerar sina nya fynd idag (26.02.2018) i den nya Nature -partnerjournalen npj Quantum Materials .

Varje elektron har en kvantmekanisk inneboende vinkelmoment, kallas även spin. Den nya magnetiska molekylen modellerad vid Bielefeld University och syntetiserad vid KIT avslöjar en snurrning i dess marktillstånd som är lika stor som 120 elektroner tillsammans. Detta gör det till det största snurr som någonsin observerats i en enda molekyl. Magnetiska molekyler är molekyler som innehåller magnetiska joner som järn eller gadolinium. Forskarna rapporterar syntesen av Fe ₁₀ Gd ₁₀ . Den har den geometriska strukturen av en torus.

Forskare i det tvärvetenskapliga forskningsprojektet hittade en så kallad kvantfasövergång som starkt påverkar molekylens egenskap. I kvantfasövergångar, ämnen förändrar sitt beteende i grunden vid kvantkritiska punkter. Ett exempel på en "klassisk" fasövergång är att vatten kokar när det passerar en viss temperatur. Kvantfasövergångar sker vid en temperatur av absolut noll. I den nysyntetiserade Fe ₁₀ Gd ₁₀ molekyl, 10, 000 stater degenererar vid den kritiska punkten. Det betyder att de har samma energi. På denna absolut plana energiyta, det är möjligt att växla mellan de enskilda tillstånden utan att använda någon energi. I en sådan situation, den termodynamiska kvantiteten entropi antar jättevärden. "Det är som om du stod på toppen av ett högt spetsigt berg, "förklarar Annie Powell." En liten förändring av de externa parametrarna, till exempel, till trycket, det räcker för att det omedelbart sjunker brant. "Därför, framtida forskning kommer att undersöka hur yttre tryck kan användas för att leda molekylen Fe ₁₀ Gd ₁₀ bortom den kvantkritiska punkten.