Kansainvälinen tutkijaryhmä on löytänyt uudenlaisen magneettisen yhdisteen.
Yhdisteessä käytettiin ensimmäistä kertaa kahden aromaattisen orgaanisen radikaalin muodostamaa ”pannukakkusidosta” sitomaan yhteen kaksi magneettista dysprosium-metalli-ionia.
Tutkimuksen laskennallisesta osuudesta vastasi akatemiatutkija Jani O. Moilanen Jyväskylän yliopiston kemian laitoksesta.
Kokeellinen osuus toteutettiin professori Muralee Murugesun ja professori Jaclyn L. Brusson ryhmissä Ottawan yliopistossa Kanadassa.
Tutkimuksen tulokset julkaisi Inorganic Chemistry Frontiers -lehti.
Yksittäismolekyylimagneetit kiinnostavat
Magneettisten materiaalien tutkijoiden erityisen kiinnostuksen kohteena ovat olleet yksittäismolekyylimagneetit, joiden magneettiset ominaisuudet ovat peräisin yksittäisistä molekyyleista.
Tällaisia magneetteja voitaisiin tulevaisuudessa hyödyntää korkean tallennuskapasiteetin kiintolevyissä, spintroniikassa ja kvanttitietokoneiden laskentayksiköissä.
Ongelma on, että yksittäismolekyylimagneetit yleensä toimivat vain lähellä absoluuttista nollapistettä eli 273:a pakkasastetta.
Vuonna 2018 löytyi kuitenkin yksittäismolekyylimagneetti, joka säilytti magneettiset ominaisuutensa nestemäisen typen kiehumispisteen (−196 astetta) yläpuolella. Tämän mahdollisti yhdisteen oikeanlainen kolmiulotteinen rakenne.
Tutkijat hyödynsivät siltaavia orgaanisia radikaaleja
Nyt valmistamassaan yhdisteessä tutkijat hyödynsivät kolmiulotteisen rakenteen sijasta siltaavia orgaanisia radikaaleja.
Dysprosium-ionit ja orgaaniset radikaalit sisältävät parittomia elektroneja, joiden avulla yhdisteen magneettisia ominaisuuksia voidaan kontrolloida.
Yllätyksekseen tutkijat huomasivat, että kahden dysprosium-ionin väliin sitoutui ei yksi vaan kaksi orgaanista radikaalia.
Parittomien elektroniensa avulla ne muodostivat pannukakkusidoksen.
Vaikka pannukakkusidoksia orgaanisten radikaalien välillä on tunnettu pitkään, sellaista ei ole aiemmin havaittu metalliatomeja sitovien siltaavien orgaanisten radikaalien välillä.
Sidoksen nimi tulee siitä, että vuorovaikutukseen osallistuvien orgaanisten radikaalien muodostama rakenne muistuttaa pannukakkupinoa.
Tie auki jatkotutkimuksille
Uuden yhdisteen pannukakkusidos oli erittäin vahva.
Orgaanisten radikaalien elektronit eivät siksi vuorovaikuttaneet dysprosium-ionien elektronien kanssa, ja yhdiste toimi yksittäismolekyylimagneettina vain alhaisessa lämpötilassa.
Tutkimus avasi kuitenkin uuden mahdollisen reitin moniytimisten yksittäismolekyylimagneettien valmistukseen.
”Laskennallisen kemian menetelmien avulla saimme yhdisteen elektronirakenteesta ja magneettisista ominaisuuksista arvokasta tietoa, jota voidaan hyödyntää jatkotutkimuksissa”, Moilanen kertoo Jyväskylän yliopiston sivuilla.
”Valitsemalla oikeanlaiset orgaaniset radikaalit dysprosium-ionien väliin voimme muokata sekä orgaanisten radikaalien välillä olevaa pannukakkusidosta että vahvistaa yhdisteen magneettisia ominaisuuksia.”
(Kuva) Taiteilijan näkemys yhdisteestä ja sen pannukakkusidoksesta orgaanisten radikaalien välillä.
