17.08.2020 - University of Jyväskylä

La unión de tortitas como una nueva herramienta para construir nuevos materiales magnéticos basados en metal

El estudio prepara el camino para una nueva estrategia de diseño de nuevos imanes multinucleares de una sola molécula

Una colaboración entre Canadá y Finlandia ha llevado al descubrimiento de un novedoso compuesto magnético en el que dos iones metálicos de disprosio magnético son puenteados por dos radicales orgánicos aromáticos que forman un enlace de panqueque. Los resultados de este estudio pueden utilizarse para mejorar las propiedades magnéticas de compuestos similares. La investigación teórica del estudio fue llevada a cabo por el miembro investigador de la Academia Jani O. Moilanen en la Universidad de Jyväskylä, mientras que el trabajo experimental se realizó en la Universidad de Ottawa en los grupos de los Profs. Muralee Murugesu y Jaclyn L. Brusso.

Los imanes se utilizan en muchos dispositivos electrónicos modernos que van desde teléfonos móviles y computadoras hasta dispositivos de imágenes médicas. Además de los tradicionales imanes de base metálica, uno de los actuales intereses de investigación en el campo del magnetismo ha sido el estudio de los imanes de una sola molécula que consisten en iones metálicos y ligandos orgánicos. Las propiedades magnéticas de los imanes de una sola molécula son de origen puramente molecular, y se ha propuesto que en el futuro los imanes de una sola molécula podrían utilizarse en el almacenamiento de información de alta densidad, en la electrónica basada en el espín (espintrónica) y en las computadoras cuánticas.

Lamentablemente, la mayoría de los imanes de una sola molécula actualmente conocidos sólo exhiben sus propiedades magnéticas a bajas temperaturas cercanas al cero absoluto (-273°c), lo que impide su utilización en dispositivos electrónicos. El primer imán de una sola molécula que retuvo su magnetización sobre el punto de ebullición del nitrógeno líquido (?196 °C) fue reportado en el 2018. Este estudio supuso un avance considerable en el campo de los materiales magnéticos, ya que demostró que los imanes de una sola molécula que funcionan a temperaturas más altas también pueden realizarse.

Las excelentes propiedades magnéticas del compuesto reportado a las elevadas temperaturas se originaron de la óptima estructura tridimensional del compuesto. En teoría, podrían utilizarse principios de diseño similares para imanes de una sola molécula que contengan más de un ion metálico, pero controlar la estructura tridimensional de los compuestos multinucleares es mucho más difícil.

Los radicales orgánicos puente se utilizaron en el nuevo compuesto

En lugar de controlar completamente la estructura tridimensional del compuesto reportado, en este estudio se utilizó una estrategia de diseño diferente.

"Al igual que los iones de disprosio, los radicales orgánicos también tienen electrones no apareados que pueden interactuar con los electrones no apareados de los iones metálicos. Por lo tanto, los radicales orgánicos pueden ser utilizados para controlar las propiedades magnéticas de un sistema junto con los iones metálicos. Particularmente interesantes son los radicales orgánicos como puente ya que pueden interactuar con múltiples iones metálicos. Empleamos esta estrategia de diseño en nuestro estudio y, sorprendentemente, sintetizamos un compuesto en el que no sólo uno sino dos radicales orgánicos tendieron un puente entre dos iones de disprosio, así como formaron una unión en forma de torta a través de sus electrones no apareados", aclara el profesor Muralee Murugesu de la Universidad de Ottawa.

"Aunque la formación del enlace de la torta entre dos radicales es bien conocida, esta fue la primera vez que se observó el enlace de la torta entre dos iones metálicos. La interacción entre los radicales orgánicos se conoce a menudo como "pancake bonding" porque la estructura tridimensional de los radicales orgánicos que interactúan se asemeja a una pila de panqueques", dice el Prof. Jaclyn L. Brusso de la Universidad de Ottawa.

El vínculo de la tortita en el compuesto de la novela era muy fuerte. Por lo tanto, los electrones no apareados de los radicales orgánicos no interactuaban fuertemente con los electrones no apareados de los iones de disprosio y el compuesto funcionaba como un imán de una sola molécula sólo a bajas temperaturas. Sin embargo, el estudio prepara el camino para la nueva estrategia de diseño de los nuevos imanes multinucleares de una sola molécula y ha iniciado nuevas investigaciones.

"Los métodos de química computacional proporcionaron importantes conocimientos sobre la estructura electrónica y las propiedades magnéticas del compuesto que pueden ser utilizados en futuros estudios. Al elegir el tipo correcto de radicales orgánicos no sólo podemos controlar la naturaleza del enlace de la torta entre los radicales, sino también mejorar las propiedades magnéticas del compuesto en general", comenta el miembro de la Academia de Investigación Jani O. Moilanen de la Universidad de Jyväskylä.

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