Rekor Kıran Moleküler Mıknatıs
Fotoğraf : Bu kompleksin disprosyum iyonlarında eşlenmemiş elektronlar, onu güçlü manyetik yapar (mavi = disprosyum, mor = iyot, gri = karbon).
Dilantanit kompleksleri yeni bir tür güçlü kalıcı mıknatısın önünü açmaktadır.
Araştırmacılar, aynı bileşim içinde bir çift lantanit iyonunu bir araya getirerek, şimdiye kadar yapılmış en manyetik molekül olduğuna inandıkları molekülü oluşturmayı başardılar.
Nicholas Chilton, “Tek moleküllü mıknatısların geleneksel ölçümleri sayesinde, yeni moleküller en iyisidir,” diyor. Manchester Üniversitesi’nden Chilton, California Üniversitesi’nden Jeffrey Long ve ABD Deniz Hava Harp Merkezi Silah Bölümü’nden Benjamin Harvey ile işbirliği yaptı. Moleküllerin manyetizması sadece düşük sıcaklıklarda kendini ortaya çıkarsa da, Chilton bu dilantanit komplekslerinin yeni güçlü ve hafif kalıcı mıknatıs türlerinin önünü açacak olmasını umuyor.
Çalışmalara katılmamış tek moleküllü mıknatısların öncülerinden Florence Üniversitesi’nden Roberta Sessoli, “Bu gerçekten çok, çok önemli bir iş. Bu, bir dönüm noktası olarak kalacak bir şeydir,” dedi.
Neodimyum ve samaryum gibi lantanitler, bazı elektrikli araç motorlarında ve rüzgar türbinlerinde kullanılan en güçlü nadir topraklama mıknatıslarında geçiş metalleriyle ortaktır. Nadir bulunan mıknatıslarda metal bağlar, lantanit ve geçiş metal ortaklarındaki eşleştirilmemiş elektronların hizalanmasına yardımcı olarak genel manyetizmayı artırır. İki lantanitin bu şekilde bağlanması daha fazla manyetizmaya yol açmalıdır, ancak aralarında bağ kurmakta zorlanıldığı kanıtlanmıştır.
Yeni kompleksler bu engeli aşar. Üç iyodür anyonuyla köprülenmiş ve hacimli aromatik ligandlarla kapatılmış bir çift lantanit iyonu (örneğin terbiyum veya disprosyum) içerirler. Tek bir ortak elektron, iki iyon arasındaki bağ yörüngesinde oturur ve bu, her iki iyondaki tüm eşleşmemiş elektronların hizalanmasına yardımcı olur. Chilton, lantanitler daha önce fullerenler içinde birbirine bağlanmış olsa da, “bildiğim kadarıyla bunlar ilk geleneksel moleküler lantanit-lantanit bağları” diyor.
Araştırmacılar, moleküllerin manyetik özelliklerini değerlendirmek için çeşitli yöntemler kullandılar. Bir test, molekülün manyetik yönünü çevirmek için harici bir manyetik alan kullanmayı içeriyordu. Chilton, molekülün manyetizması ne kadar güçlüyse, onu çevirmek için gereken alan o kadar büyük olur, diyor.
Terbiyum ve disprosyum kompleksleri sırasıyla 50 K ve 60 K’nın altına soğutulduğunda, bu sözde zorlayıcı manyetik alan kesinlikle çok büyüktü – diğer herhangi bir molekül veya ticari kalıcı mıknatıstan çok daha büyüktü. Her iki kompleks de geleneksel bir manyetometrenin ağır 14 T alanına kolayca dayandı. Terbiyum kompleksi üzerinde yapılan diğer deneyler, zorlayıcılığının en yüksek 25 T olduğunu göstermektedir. Karşılaştırıldığında, tek moleküllü bir mıknatıs için önceki kayıt 10 K’da 7.9 T idi. Disprosyum kompleksi ayrıca nispeten yumuşak bir 80 K’da güçlü bir şekilde manyetik kaldı ve kaydedilen en yüksek değere uyuyordu. Tek moleküllü bir mıknatıs için çalışma sıcaklığı 77 K ve bu değer soğuk sıvı nitrojenden daha sıcaktır.
Bordeaux Üniversitesi’nden moleküler mıknatıslar üzerinde çalışan Rodolphe Clérac, “Bu makaledeki tüm rekorları kırdılar ve bu çok heyecan verici, bu çalışmanın her aşaması bir güç gösterisi” diyor. Long ile lantanit kimyası üzerinde işbirliği yapan, ancak bu çalışmada yer almayan, California Üniversitesi’nden William J. Evans, “Bu muhteşem bir sonuç,” diyor. “Bunun sevdiğim yanı, çok basit bir sistem olması.” Yeni moleküllerin sentezi, olağandışı bir +2 oksidasyon durumunda lantanit iyonları içeren kompleksler geliştiren Evans ve meslektaşlarının çalışmalarına dayanıyor. Evans, “Bence bu, bunun gibi moleküller yapmak için yeni bir paradigma olacak” diyor.
Chilton, gelecekteki lantanit komplekslerinin nano ölçekli manyetik cihazlarda kullanılabileceğini veya daha büyük mıknatıslara monte edilebileceğini öne sürüyor. Chilton, “Bence bu tür şeylerden makro ölçekli bir manyetik malzeme yapmak için gerçekten bir alan var” diyor.
Bu arada Clérac, yeni bileşiklerin, komplekslerin ikili mantığın bir ve sıfırlarını temsil eden iki kararlı manyetik durum arasında değiştirilebildiği veri depolama uygulamaları için manyetik moleküller geliştirmeye yardımcı olabileceğini düşünüyor. “Bunun önümüzdeki 20 yıl için sahada önemli bir çalışma olacağını düşünüyorum” diyor. “Herkes tarafından anılacak”
Kaynak : acs.org
