Gli elettroni possono essere un gruppo persuasivo, o quantomeno, un gruppo loquace, secondo un nuovo lavoro del laboratorio di John Berry presso l'Università del Wisconsin-Madison.

Gli spin degli elettroni spaiati sono la radice del magnetismo permanente, e dopo 10 anni di progettazione e re-design, Il laboratorio di Berry ha creato una molecola che acquisisce forza magnetica attraverso un modo insolito di controllare quegli spin.

Berry afferma che la nuova struttura creata dalla studentessa Jill Chipman potrebbe portare a una svolta nell'informatica quantistica, un approccio con un potenziale così grande che potrebbe minare gli odierni supercomputer basati sul silicio proprio come il telefono ha fatto il telegrafo:un grande balzo in avanti che inizia a scivolare nell'irrilevanza.

La presenza e l'attività, o "giro, " di elettroni spaiati imposta la forza di un magnete permanente, quindi le molecole con un alto grado di spin sono un obiettivo desiderabile per i chimici. Lo spin insolitamente grande nella nuova molecola magnetica, Berry spiega, risulta da un "elettrone messaggero" che fa la spola tra un elettrone spaiato a ciascuna estremità della molecola a forma di bastoncino e persuade tutti e tre ad adottare lo stesso spin.

Quell'accordo di rotazione, "ortogonalità" in gergo, aggiunge forza a un magnete permanente.

Bacca, un professore di chimica della UW-Madison, osserva che in altri materiali, un elettrone viaggiante tende ad opporsi agli spin dei centri magnetici, riducendo la forza magnetica. Nella nuova creazione di Chipman, però, l'elettrone messaggero è focalizzato sull'armonia:come un assistente sociale itinerante, fa sì che i due elettroni spaiati remoti abbiano lo stesso spin, aggiungendo forza e/o durata.

La nuova molecola, descritto in Chimica - Una rivista europea , contiene carbonio, nichel, cloro, azoto, e molibdeno, ma mancano dei costosi elementi delle terre rare che hanno ostacolato gli sforzi per commercializzare nuovi magneti super potenti. La sua struttura suggerisce che la molecola potrebbe essere trasformata in un polimero - una catena ripetuta di unità come quelle che si trovano nella plastica - aumentando la possibilità di magneti più potenti.

"Abbiamo cercato di rimuovere gli elettroni da questa molecola 10 anni fa in modo che avesse un elettrone spaiato a ciascuna estremità, ma non andò lontano, " dice Berry. "Da allora abbiamo appreso che questo ha prodotto una sostanza chimica che è davvero sensibile alla temperatura, quindi Jill ha dovuto sviluppare un processo a bassa temperatura che si basa sul ghiaccio secco per raffreddarlo a -78 gradi C."

L'elettrone "assistente sociale itinerante" stabilisce "un principio di progettazione che potrebbe essere utilizzato per creare molte nuove molecole magnetiche che si comportano come piccoli magneti a barra, "dice Berry.

La scoperta è stata resa possibile anche dall'arrivo la scorsa estate di uno strumento chiamato magnetometro SQUID (Superconducting Quantum Interference Device) in grado di misurare il magnetismo con grande precisione fino a meno di 2 gradi sopra lo zero assoluto.

Gran parte del focus dell'innovazione dei magneti riguarda una maggiore forza, Berry dice, "ma ci sono tantissime cose che le persone cercano. Abbiamo bisogno sia dei magneti permanenti che di quelli con magnetizzazione effimera per diversi motivi tecnici. I magneti sono molto diffusi nella refrigerazione ultra-fredda, motori, dischi rigidi del computer e circuiti elettronici."

Andando al passo successivo, e magneti miniaturizzanti a una singola molecola, che potrebbe consentire il calcolo quantistico, dice Berry. L'informatica quantistica potrebbe essere particolarmente vantaggiosa per i chimici, che affrontano una complessità sbalorditiva nel tentativo di modellare le reazioni chimiche che sono il loro pane quotidiano.