20.09.2021 - University of Ottawa

Imanes duros de una sola molécula

Complejos tetranucleares de metales de tierras raras con espín gigante

Los imanes formados a partir de una sola molécula son especialmente interesantes para el almacenamiento de datos, ya que la posibilidad de almacenar un bit en cada molécula podría aumentar enormemente la capacidad de almacenamiento de los ordenadores. Los investigadores han desarrollado ahora un nuevo sistema molecular con una dureza magnética especial. Los ingredientes de esta receta especial son los metales de las tierras raras y un inusual puente molecular a base de nitrógeno, como muestra el estudio publicado en la revista Angewandte Chemie.

La idoneidad de una molécula para convertirse en un soporte magnético de almacenamiento de datos depende de la capacidad de sus electrones para magnetizarse y resistir la desmagnetización, lo que también se conoce como dureza magnética. Los físicos y químicos construyen imanes moleculares de este tipo a partir de iones metálicos que se acoplan magnéticamente entre sí mediante puentes moleculares.

Sin embargo, estos puentes de acoplamiento tienen que cumplir ciertos criterios, como la facilidad de producción y la versatilidad. Por ejemplo, un puente radical de dinitrógeno -dos átomos de nitrógeno con un electrón adicional, lo que convierte al dinitrógeno en un radical- dio resultados extraordinarios para los iones metálicos de tierras raras, pero es muy difícil de controlar y no ofrece "ningún margen de modificación", explican en su estudio Muralee Murugesu y su equipo de la Universidad de Ottawa (Canadá). Para darles más margen, el equipo amplió este puente utilizando un "doble dinitrógeno"; el ligando de tetrazina, que no se había explorado, tiene cuatro átomos de nitrógeno en lugar de dos.

Para producir el imán molecular, los investigadores combinaron el nuevo ligando de tetrazina con metales de tierras raras -los elementos disprosio y gadolinio- y añadieron un fuerte agente reductor a la solución para formar los puentes radicales de tetrazina. El nuevo imán cristalizó en forma de copos con forma de prisma de color rojo oscuro.

Los investigadores describen la unidad molecular de este cristal como un complejo tetranuclear en el que cuatro iones metálicos estabilizados por el ligando están unidos por cuatro radicales de tetrazina. La propiedad más significativa de esta nueva molécula es su extraordinaria dureza magnética o campo coercitivo. Esto significa que los complejos formaron un imán duradero de una sola molécula especialmente resistente a la desmagnetización.

El equipo explica que este elevado campo coercitivo se consigue mediante un fuerte acoplamiento a través de la unidad radical de tetrazina. Los cuatro centros metálicos de la molécula se acoplan para dar lugar a una unidad molecular con un espín gigante. Sólo el predecesor de esta molécula, con el puente de dinitrógeno, daba un acoplamiento más fuerte. Sin embargo, como ya se ha mencionado, también era mucho menos versátil y menos estable que el nuevo puente radical de tetrazina.

El equipo destaca que este método podría utilizarse para producir otros complejos multinucleares con espín gigante, ofreciendo magníficas oportunidades para desarrollar imanes de molécula única extremadamente eficientes sin las dificultades de los candidatos anteriores.

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