MAGNETISMUL MOLECULAR : STRUCTURI MEZOSCOPICE SI NANOSCOPICE

MAGNETISMUL MOLECULAR : STRUCTURI MEZOSCOPICE SI NANOSCOPICE

Toti magnetii utilizati in prezent sunt bazati pe grile metalice sau ionice. De aproximativ doua decenii, chimisti au inceput un proiect aprofundat folosind tehnici chimice moleculare pentru a dezvolta noi clase de magneti bazati mai degraba pe molecule decat pe metale sau oxizi. Ideea din spatele acestui proiect consta in    provocarea de a crea noi clase de materiale cu proprietati care pot fi excitant de asteptate. Continuarea acestei cercetari a fost dezvoltata cu succes atunci cand a fost descoperit faptul ca , compusi organici se poat comporta ca dirijori si supraconductori ca materialele clasice anorganice. In cativa ani a fost descoperit faptul ca magnetii pur organici sunt intr-adevar posibili, cu toate ca temperaturile critice sunt inca foarte mici. Rezultatele cele mai promitatoare au fost obtinute prin utilizarea pe baza de azot, sulf radicalilor organici care se comporta ca si ferromagneti mai slabi de 35 K. [1]. Pe de alta parte, folosind un amestec de ioni metalici de tranzitie si de radicali organici a fost posibil sa se obtina un ferrimagnet la temperatura camerei [2], si rezultate similare au fost obtinute prin utilizarea derivatelor vechiului Albastru de Prusia [3].

Dincolo de provocarea chimica de a asambla structuri noi, folosind blocuri de stabile, moderate de constructii cum ar fi radicali organici, factori ce sugereaza ca magnetismul:

. posibilitatea de a schimba fin proprietatile materialelor prin utilizarea tehnicilor moleculare flexibile ;

. Posibilitatea de a construi ca la carte o molecula magnetica de dimensiuni in crestere, care se comporta ca si nanomagnetii moleculari ;

. Posibilitatea de a obtine materiale multifunctionale.

Un exemplu de ultima posibilitate a fost recentul raportat din Coronado [4] El a folosit o abordare hibrid, asamblare impreuna a blocuri de constructii anorganici, cum ar fi oxalato de tranzitie metalici derivati si radicali organici cum ar fi celebra BEDT-TTF, bine cunoscuta de a forma desfasurata si superconductori materiali. Au obtinut prin electrocrystallisation un compus de formula generala [BEDT-TTFh [MnCr (oxalatoh]. Structura cuprinde straturile anorganice de fagure [MnCr(oxalatoh] - separate de stivele de radicali organici, dupa cum se arata in FIG 1.

Tariful mediu pe BEDT-TIF molecule este 0.34. Anorganicii sunt stratul izolator in timp ce fractiunea organica este un dirijor. Cuplajul magnetic este destul de puternic in straturile anorganice si acest lucru, cuplat la faptul ca interactiunile slabe sunt operationale intre straturi, determinata o tranzitie cu comportamentul in vrac feromagnetic sub 5.5 K. Prin urmare, sub temperatura critica materialul se comporta ca un dirijor feromagnetic. Desi sistemele de acest tip de fier sunt bine cunoscute de la sine, in molecula derivatele electronilor magnetici sunt efectuate diferit de electroni, oferind astfel posibilitatea de observarea a unor fenomene noi.

O alta caracteristica importanta a magnetilor moleculari este ca acestia sunt, in general, izolatori, prin urmare, ei sunt mult mai transparenti la raze UV-lumina vizibila decat magnetii clasic. Prin urmare, este posibila utilizarea luminii pentru a induce tranzitiile magnetice. Aceasta abordare a fost utilizata, de exemplu ,de catre grupurile    Verdaguer si Hashimoto [5,6] derivatele Albastru de Prusia sunt cianuri complexe de formula generala ABC (NC). Atunci cand B = Fe²⁺ si C = C0³⁺ compus este diamagnetic, deoarece ambele sunt in ionii lor de spin scazut, stare non-magnetica. Prin iluminare cu lumina rosie toate acestea sunt posibile pentru a induce un transfer de electroni in care Fe2⁺ este schimbat la Fe³⁺ scazut spin +, cu un electron liber, si CO³⁺ la C0²⁺ ridicat spin + cu trei electroni nepereche:

Fe2+-C-N-Co3+ - Fe3+-C-N-Co2+

Un desen schematic a transformarii luminii induse este prezentata in FIG 2 .

Ordinele materiale ca ferrimagneti vrac sub 50 K iradiere. Daca efectuam mai jos aceasta temperatura vom observa o tranzitie de dispunere magnetica in vrac indusa de lumina. Evolutii cele mai incitante ale magnetismului molecular din ultimii ani a fost descoperirea faptului ca anumite molecule discrete, se poat comporta la temperatura joasa ca magnetii de dimensiuni mici. [7] molecula arhetipal este:

Mn₁₂O₁₆(CH₃COO)₁₆(H₂O)₄].4H₂O.2CH₃COOH,

Mn12Ac pe scurt. Structura centrului de dodecanuclear mangan este prezentata in FIG 3.

Ea cuprinde un inel extern de opt mangan (II1), ioni si un tetraedru de mangan (IV), ioni, completate de poduri de oxid, ca intr-o manganite. Moleculelor de acid acetic complete a mediului de ioni metalici, de fapt, blocarea de crestere a particulelor de oxid. In ceea ce priveste alte aceste grupuri pot fi considerate particule mici de oxizi de mangan, identice unul cu altul. In acest caz particular particulele pot cristaliza intr-un grup spatiu tetragonal, si, prin urmare, ele sunt, de asemenea, izo-orientate in zabrele. La temperatura scazuta sistemul este in sol S = 10 de stat, cu cele opt S = 2 se invarte de mangan (III), in sus si in cele patru S = 3 / 2 din mangan (IV) ioni jos. Clustere au un tip mare de Ising anizotropie magnetica, ca urmare a anisotropiei locale a distorsionat mangan (II1) ioni. Acest lucru inseamna ca magnetizarea este orientata preferential paralel cu axa tetragonal de dispersie si reorientarea in sine are nevoie de o mare de energie de activare. La 2 K timpul de relaxare, magnetizarea devine atat de puternica incat moleculele individuale devin magnetizate permanent, cum ar fi magnetii de dimensiuni mici. In principiu, informatiile pot fi stocate intr-o singura molecula, astfel, atingand cel mai inalt nivel posibil de miniaturizarea. Dar entuziasmul nu se opreste aici, pentru ca Mn₁₂Ac arata o gama bogata de proprietati cuantice, si a fost dovedit ca fiind un teren ideal de testare pentru teoriile la efectele cuantice a magnetilor. Dovezi clare ale tunelului de magnetizare au fost realizate prin observarea histerezis pasit. Mai mult controversat inca este posibilitatea de a observa coerenta cuantica.

Avantajul moleculelor magnetice asupra altor tipuri de particule magnetice este ca acestea sunt absolut monodisperse, si ca, in principiu, acestea pot fi diluate si organizate prin tehnici chimice supramoleculare. Multe sunt in prezent eforturile facute pentru a deriva moleculele magnetice, de a le organiza pe suporturi adecvate, cum ar fi de aur sau de siliciu, pentru a fi in masura de a le aborda in mod individual. Visul de stocare a informatiilor intr-o singura molecula poate deveni realitate!

Dupa Mn12 alte cateva tipuri de magneti dintr-o singura molecula au fost descoperiti si investigati. Aceste mong-cluster care contine opt ioni de fier (III), a fost gasit pentru a arata oscilatii de divizare tunel, in prezenta unui unui camp magnetic aplicat transversal. Aceasta este semnatura Berry, in faza de magneti, care a fost prima raportata de catre Sessoli si Wernsdorfer in 1999.[8]

Recent a fost descoperit ca efecte similare de relaxare lente poat fi observate intr-un singur magnet dimensional.[9] Un compus care contine C0²⁺ ioni regulat alternativ in spatiu cu radicali organici se comporta ca un ferrimagnet. Sub 20 K timpul de relaxare a magnetizarii creste rapid cu scaderea de temperatura, cu o bariera pentru reorientarea magnetizarii mai mult de 150 K. O explicatie semi-cantitativa a fost furnizata cu ajutorul unui model propus de Glauber in 1963. Aceasta deschide o perspectiva interesanta, de a permite stocarea de informatii in segmente ,un polimer, care, prin urmare, se comporta ca un fir nano magnetic.

In cele din urma vreau sa mentionez ca moleculele magnetice sunt, de asemenea, interesante, in cazul de comportament antiferomagnetic. Poate ca exemplul cel mai semnificativ este faptul ca cluster [10] care contin M0⁶⁺ioni si 30 de Fe³⁺ , care are structura prezentata in FIG4.

Ionii de molibden sunt non-magnetici, astfel de comportament magnetic este asociat cu interactiunile dintre ionii de fier. Compusul nu a demonstrat efectele cuantice in jos pentru a regiunile mK, din cauza degenerarii mare de state mici situate asociate cu frustrare spin.

Magneti moleculari deschid noi posibilitati pentru a observa efectele cuantice clasice in materie mesoscopica. Campul este doar la inceput, dar multe progrese pot fi anticipate in urmatorii cativa ani. Aplicatiile posibile poate varia de la calculatoarele cuantice la noi tipuri de substante de contrast pentru imagistica prin rezonanta magnetica.

BIBLIOGRAFIE

[1] Banister. A. J.; Bricklebank. N.; Lavender, I.; Rawson, J. M.; Gregory. C. 1.; Tanner, B. K.; Clegg, w.; Elsegood, M. R. J.; Palacio, F. Angew Chem Int Bd Bng11996, 35, 2533

[2] Miller, J. S. E. A. J. Angew Chem Int Bd Bngll994, 33, 385-415.

[3] Ferlay, S.; Mallah, T.; Ouahes, R.; Veillet, P.; Verdaguer, M. Nature 1995,378,701-703.

[4] Coronado, E.; Galan-Mascaros, ]. R.; Gomez-Garcia, C. J.; Laukhin, y. Nature 2000, 408, 447-449.

[5] Sato, 0.; lyoda, A.; FUjishima, K.; Hashimoto. K. Science 1996,272, 704.

[6] Verdaguer, M.; Bleuzen, A.; Marvaud, Y.; Vaissermann, T.; Seuileman. M.; Desplanches, c.; Scuiller, A.; Train, C.; Garde, R.; Gelly, G.; Lomenech, c.; Rosenrnan, 1. Y. P.; Cartier, c.; Villain, F. Coord. Chem. Rev. 1999,190-192,1023-1047

[7] Gatteschi, D.; Sessoli, R. Angew. Chem. Int. Bd. Engl. 2003,42,268297.. Friedman, J. R Sarachik, M.P. Tejada J. Ziolo R., Phys. Rev. Lett. 1996,76,3830 ;Thomas, L. ; Lionti, F. Ballou, R. Gatteschi, D. Sessoli R. Barbara B., Nature 1996,383, 145.

[8] Wernsdorfer, w.; Sessoli, R. Science 1999,284, 133-135.

[9] Caneschi, A.; Gatteschi, D.; Lalioti, N.; Sangregorio, C.; Sessoli, R.; Venturi, G.; Vmdigni, A.; Rettori, A.; Pini, M. G.; Novak, M. A. 'Cobalt(II)-Nitronyl Nitroxide Chains as Molecular Magnetic Nanowires' Angew. Chem. Int. Bd., 2001, 40,1760-1763.

[10] Miiller, A.; Luban, M.; Schroder, C.; ModIer, R.; Kogerler, P.; Axenovich, M.; Schnack, J.; Canfield, P.; Bud'ko, S.; Harrison, N. Chemphyschem 2001, 2, 517-+.

CONCLUZIA

Acest proiect are ca prim scop includerea si impunerea transportului electronic la scara nanometrica printre directiile prioritare ale cercetarii fundamentale la nivel national, in concordanta cu obiectivele Consiliului de Avizare (ENIAC) al Platformei Tehnologice Europene pentru Nanoelectronica. Proiectul pe care il propunem acopera o parte considerabila a celor mai recente paradigme ale fizicii mezoscopice iar aspectele abordate se regasesc in Programul FP7 (Nanostiinte, Nanotehnologii). Proiectul este dedicat explicarii unor rezultate noi in fizica nanosistemelor si obtinerii de noi formulari teoretice in domeniul fenomenelor de transport neliniar si dependent de timp in sisteme de doturi cuantice si pompe cuantice (quantum pumps). Se vor investiga din punct de vedere teoretic transportul electronic corelat, pompajul cuantic si fenomenele de tunelare induse fotonic in sisteme de doturi cuantice si dinamica spinului in dispozitive mezoscopice.