Imán de la molécula sola

Los imanes de la molécula sola o SMMs son una clase de compuestos de metalorganic, ese espectáculo superparamagnetic comportamiento debajo de cierta temperatura de bloqueo en la escala molecular. En este rango de temperatura, SMMs exponen la histéresis magnética del origen puramente molecular. Al contrario de imanes del bulto convencionales e imanes basados en la molécula, el pedido magnético de largo alcance colectivo de momentos magnéticos no es necesario.

Enganche intramolecular

El enganche magnético entre las vueltas de los iones metálicos se media vía interacciones de supercambio y puede ser descrito por isotropic siguiente Heisenberg hamiltoniano:

:

donde está el enganche constante entre vuelta i (operador) y vuelta j (operador). Para J positivo el enganche se llama el ferromagnético (la alineación paralela de vueltas) y para J negativo el enganche se llama el antiferromagnético (la alineación antiparalela de vueltas).

La combinación de estas propiedades puede llevar a una barrera de la energía de modo que, a temperaturas bajas, el sistema se pueda atrapar en uno de los pozos de la energía de la vuelta alta.

"Estas moléculas contienen un número finito de centros de la vuelta que se relacionan (iones p.ej paramagnéticos) y así proporcionan oportunidades ideales de estudiar conceptos básicos del magnetismo. Algunos de ellos poseen estados de la tierra magnéticos y dan ocasión a efectos de histéresis y fases magnéticas metastable. Pueden mostrar la construcción de un túnel cuántica de la magnetización que levanta la pregunta de la dinámica coherente en tales sistemas. Otros tipos de moléculas exponen efectos de frustración pronunciados, mientras que las llamadas sustancias de la transición de la vuelta pueden cambiar su estado de la tierra magnético y propiedades relacionadas como el color bajo la irradiación de luz de láser, presión o calor. Científicos de varios campos – química, física; la teoría y el experimento – se han afiliado a la investigación en el magnetismo molecular a fin de explorar las propiedades sin precedentes de estos nuevos compuestos."

"Los imanes de la molécula sola (SMMs) tienen muchas ventajas importantes a partículas magnéticas nanoscale convencionales formadas de metales, aleaciones metálicas u óxidos metálicos. Estas ventajas incluyen la talla uniforme, la solubilidad en solventes orgánicos y ligands periférico fácilmente alterable, entre otros."

"Un imán de la molécula solo es un ejemplo de un sistema cuántico macroscópico. [...] Si podríamos descubrir capirotazos de la vuelta en un átomo solo o molécula, podríamos usar la vuelta para almacenar la información. Esto nos permitiría aumentar la capacidad de memoria de discos duros del ordenador. [...] Un punto de partida bueno para tratar de descubrir capirotazos de la vuelta debe encontrar una molécula con una vuelta de vario Bohr magnetons. [Un electrón tiene un momento del dipolo magnético intrínseco de aproximadamente un Bohr magneton.] Hay un imán molecular muy bien estudiado, el Mn-acetato, que tiene una vuelta S = 10 (la Figura 3). Esta molécula es una molécula orgánica en forma de disco en la cual doce iones de Mn son introducidos. Ocho de éstos forman un anillo, cada uno que tiene un precio de +3 y una vuelta S = 2. Los otros cuatro forman un tetraedro, cada uno que tiene un precio de +4 y una vuelta S = 3/2. Las interacciones de cambio dentro de la molécula son tales que las vueltas del anillo se alinean en la oposición con las vueltas del tetraedro, dando la molécula una red total hace girar S = 10."

Bloqueo de temperatura

Las medidas ocurren a temperaturas muy bajas. La llamada temperatura de bloqueo se define como la temperatura debajo de la cual la relajación de la magnetización se hace lenta comparado con la escala de tiempo de una técnica de investigación particular. Una molécula magnetizada en 2 K guardará el 40% de su magnetización después de 2 meses y bajando la temperatura a 1.5 K esto tomará 40 años.

Futuras aplicaciones

Desde 2008 hay muchos tipos descubiertos y los usos potenciales. "Los imanes de la molécula sola (SMM) son una clase de moléculas que exponen propiedades magnéticas similares a los observados en imanes del bulto convencionales, pero del origen molecular. SMMs se han propuesto como candidatos potenciales por varias aplicaciones tecnológicas que requieren láminas delgadas muy controladas y modelos."

"La capacidad de una molécula sola de comportarse como un imán diminuto (imanes moleculares solos, SMMs) ha visto un rápido crecimiento en la investigación durante los últimos años. SMMs representan los dispositivos magnéticos más pequeños posible y son un, enfoque del fondo controlable al magnetismo nanoscale. Las aplicaciones potenciales de SMMs incluyen la informática cuántica, el almacenaje de información high density y la refrigeración magnética."

"Un imán de la molécula solo es un ejemplo de un sistema cuántico macroscópico. [...] Si podríamos descubrir capirotazos de la vuelta en un átomo solo o molécula, podríamos usar la vuelta para almacenar la información. Esto nos permitiría aumentar la capacidad de memoria de discos duros del ordenador. [...] Un punto de partida bueno para tratar de descubrir capirotazos de la vuelta debe encontrar una molécula con una vuelta de vario Bohr magnetons. [Un electrón tiene un momento del dipolo magnético intrínseco de aproximadamente un Bohr magneton.] Hay un imán molecular muy bien estudiado, el Mn-acetato, que tiene una vuelta S = 10 (la Figura 3). Esta molécula es una molécula orgánica en forma de disco en la cual doce iones de Mn son introducidos. Ocho de éstos forman un anillo, cada uno que tiene un precio de +3 y una vuelta S = 2. Los otros cuatro forman un tetraedro, cada uno que tiene un precio de +4 y una vuelta S = 3/2. Las interacciones de cambio dentro de la molécula son tales que las vueltas del anillo se alinean en la oposición con las vueltas del tetraedro, dando la molécula una red total hace girar S = 10."

Tipos

El arquetipo de imanes de la molécula sola se llama "Mn". Es un manganeso polimetálico (Mn) complejo que tiene la fórmula [MnO (OAc) (HO)], donde OAc significa el acetato. Tiene la propiedad notable de mostrar una relajación muy lenta de su magnetización debajo de una temperatura obstructora. [MnO (OAc) (HO)] · 4HO · 2AcOH que se llama "el Mn-acetato" es una forma común de esto usado en la investigación.

"Mn" es otro imán de la molécula sola del tipo investigado. Tres de éstos son:

En cada uno de estos complejos de Mn "hay un corazón de diamante plano de iones de MnMn. Un análisis de los datos de magnetización variables y de temperaturas y variables y de campaña indica que tres moléculas tienen el enganche ferromagnético intramolecular y un S = 9 estado de la tierra. La presencia de una señal de susceptibilidad de la corriente alterna dependiente de la frecuencia indica una barrera de la energía significativa entre la vuelta y estados de la vuelta abajo para cada uno de estos tres complejos de MnMn."

Los imanes de la molécula sola también están basados en racimos de hierro porque potencialmente tienen estados de la vuelta grandes. Además la biomolécula ferritin también se considera un nanomagnet. En el racimo FeBr Fe cation admite [FeO (AH) (tacn)] con tacn representación 1,4,7-triazacyclononane.

Historia

Aunque el término "de la molécula sola del imán" fuera empleado primero por David Hendrickson, un químico en la universidad de California, San Diego y George Christou (universidad de Indiana) en 1996, el primer imán de la molécula sola hizo un informe se remonta hasta 1991. Los investigadores europeos descubrieron que MnO (Mí </suscripción> CO) (HO) complejo (MnAc) primero sintetizado en 1980 expone la relajación lenta de la magnetización a temperaturas bajas. Este compuesto de óxido de manganeso se forma de Mn (IV) central O cubo rodeado por un anillo de 8 unidades de Mn (III) relacionadas a través de tender un puente oxo ligands. Además, tiene 16 acetato y 4 agua ligands.

Se sabía en 2006 que la "deformación estructural deliberada de un compuesto de Mn vía el uso de un derivado salicylaldoxime abultado cambia el cambio magnético intratriangular del antiferromagnético al ferromagnético que causa un S = 12 estado de la tierra.

Una magnetización de registro se relató en 2007 para un compuesto relacionado con MnAc ([Mn (III)

O (sao) (O2CPh) (EtOH)]) con S = 12, D =-0.43 cm y de ahí U = 62 cm o 86 K a una temperatura obstructora de 4.3 K. Esto fue llevado a cabo sustituyendo el acetato ligands por salicylaldoxime más abultado así deformando el manganeso ligand esfera. Está preparado mezclando el perchlorate de manganeso, la sal de sodio de ácido benzoic, un salicylaldoxime derivate e hidróxido tetramethylammonium en el agua y coleccionando el filtrado.

Comportamiento detallado

Los imanes moleculares exponen un producto creciente (temperatura de tiempos de susceptibilidad magnética) con la disminución de la temperatura y pueden ser caracterizados por un cambio tanto en posición como en intensidad de la susceptibilidad magnética a.c.

Los imanes de la molécula sola representan un enfoque molecular a nanomagnets (nanoscale partículas magnéticas). Además, los imanes de la molécula sola han proveído a físicos de bancos de pruebas útiles para el estudio de mecánica cuántica. La construcción de un túnel cuántica macroscópica de la magnetización se observó primero en MnO, caracterizado por pasos regularmente espaciados en la curva de histéresis. El apagamiento periódico de este precio de construcción de un túnel en Fe compuesto se ha observado y se ha explicado con fases geométricas.

Debido al típicamente grande, los bi-stable hacen girar anisotropy, los imanes de la molécula sola prometen la realización de quizás la unidad práctica más pequeña para la memoria magnética, y así son componentes básicos posibles para un ordenador cuántico. Por consiguiente, muchos grupos han dedicado grandes esfuerzos en la síntesis de imanes de la molécula solos adicionales; sin embargo, MnO complejos complejos y análogos permanecen el imán de la molécula solo canónico con una vuelta de 50 cm anisotropy.

La vuelta anisotropy se manifiesta como una barrera de la energía que las vueltas deben vencer cuando cambian de la alineación paralela para antiigualar la alineación. Esta barrera (U) se define como:

donde S es el estado de la vuelta total sin dimensiones y D el parámetro de división del campo cero (en el cm); el D puede ser negativo pero sólo su valor absoluto se considera en la ecuación. La barrera U generalmente se relata en unidades del cm o en unidades de Kelvin (ver: electronvolt). Más alto la barrera el más largo un material permanece magnetizado y una barrera alta se obtiene cuando la molécula contiene muchos electrones no emparejados y cuando su valor de división del campo cero es grande. Por ejemplo, MnAc se agrupan el estado de la vuelta es 10 (implicación de 20 electrones no emparejados) y D =-0.5 cm que causa una barrera de 50 cm (equivalente a 60 K)..

El efecto también es observado por la histéresis experimentada cuando la magnetización se mide en un barrido del campo magnético: bajando el campo magnético otra vez después de alcanzar la magnetización máxima la magnetización permanece a altos niveles y requiere que un campo invertido devuelva la magnetización al cero.

Recientemente, ha sido se ha relatado que la barrera de la energía, U, es ligeramente dependiente de la talla/morfología de cristal de Mn, así como los tiempos de la relajación de magnetización, que varía como la función de talla de la partícula y distribuciones de la talla.

Véase también

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