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I magneti formati da una singola molecola sono di particolare interesse per l'archiviazione dei dati, poiché la capacità di memorizzare un bit per ogni molecola potrebbe aumentare notevolmente la capacità di archiviazione dei computer. I ricercatori hanno ora sviluppato un nuovo sistema molecolare con una particolare durezza magnetica.
L'idoneità di una molecola a diventare un mezzo di memorizzazione dei dati dipende dalla capacità dei suoi elettroni di diventare magnetizzati e di resistere alla smagnetizzazione, nota appunto come durezza magnetica. Fisici e chimici costruiscono magneti molecolari come questo da ioni metallici che sono accoppiati magneticamente l'uno all'altro tramite ponti molecolari.
Tuttavia, questi ponti di accoppiamento devono soddisfare determinati criteri, come la facilità di produzione e la versatilità. Ad esempio, un ponte di diazoto radicale - due atomi di azoto con un elettrone aggiuntivo, rendendo il diazoto un radicale - ha dato risultati eccezionali per gli ioni metallici delle terre rare, ma è molto difficile da controllare e non offre "spazio per modifiche", spiegano Muralee Murugesu e il suo team dell'Università di Ottawa, in Canada, nel loro studio. Per dare loro una maggiore portata, il team ha ampliato questo ponte usando un "doppio diazoto".
Per produrre il magnete molecolare, i ricercatori hanno combinato il nuovo ligando di tetrazina con metalli delle terre rare – gli elementi disprosio e gadolinio – e hanno aggiunto un forte agente riducente alla soluzione per formare i ponti di tetrazina radicale. Il nuovo magnete cristallizzato sotto forma di scaglie a forma di prisma rosso scuro.
I ricercatori descrivono l'unità molecolare all'interno di questo cristallo come un complesso tetranucleare in cui quattro ioni metallici stabilizzati con ligando sono raggruppati insieme da quattro radicali di tetrazina. La proprietà più significativa di questa nuova molecola è la sua straordinaria durezza magnetica o campo coercitivo. Ciò significa che i complessi formavano un magnete a singola molecola durevole che era particolarmente resistente alla smagnetizzazione.
Il team di ricerca ha spiegato che questo alto campo coercitivo è ottenuto da un forte accoppiamento attraverso l'unità di tetrazina radicale. I quattro centri metallici della molecola sono accoppiati insieme per dare un'unità molecolare con uno spin gigante. Solo il predecessore di questa molecola, con il ponte di diazoto, ha dato un accoppiamento più forte. Tuttavia, come già accennato, era anche molto meno versatile e meno stabile del nuovo ponte radicale tetrazina.
Il team ha anche sottolineato che questo metodo potrebbe essere utilizzato per produrre altri complessi multinucleari con spin gigante, offrendo eccellenti opportunità per lo sviluppo di magneti a singola molecola estremamente efficienti senza le difficoltà dei candidati precedenti.