Durante la memorizzazione dei dati, le tecniche convenzionali stanno sempre più raggiungendo i loro limiti. I cosiddetti magneti a singola molecola potrebbero fornire un rimedio. I team di ricerca di Kaiserslautern e Karlsruhe stanno studiando le loro proprietà di stoccaggio. L'attenzione si concentra sui metalli all'interno delle molecole, che sono responsabili delle caratteristiche magnetiche e quindi delle proprietà di immagazzinamento. Utilizzando un nuovo metodo, i team sono ora riusciti per la prima volta ad esaminare questi materiali in modo più dettagliato. Simile al rallentatore, i dettagli possono ora essere analizzati in modo complementare per saperne di più sulla loro capacità di stoccaggio. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Angewandte Chemie .

Che si tratti di dischi rigidi, chip di memoria o sensori:i magneti rendono possibile l'archiviazione dei dati in primo luogo. La base del magnetismo è lo spin degli elettroni, noto anche come momento angolare intrinseco. Il team del Professor Dr. Volker Schünemann e della sua studentessa di dottorato Lena Scherthan del Dipartimento di Biofisica e Fisica Medica della Technische Universität Kaiserslautern (TUK) sta lavorando a una nuova forma di magneti, i magneti a singola molecola. Tali magneti potrebbero consentire di memorizzare molte più informazioni in futuro.

"I magneti a singola molecola sono costituiti da un centro metallico che è collegato ai cosiddetti ligandi organici e quindi forma una molecola, " disse Scherthan, il primo autore del presente studio. "Solo alcuni metalli sono adatti a questo tipo di molecole. Questi includono ferro, Per esempio, ma anche elementi chimici meno noti del gruppo dei lantanidi, come il disprosio con cui lavoriamo." Sono anche conosciuti come elementi delle terre rare. La particolarità di loro:i loro elettroni possono generare un momento magnetico che è relativamente grande per una molecola. Il team di ricerca di Kaiserslautern e il gruppo di ricerca guidato da La professoressa di chimica Annie K. Powell del Karlsruhe Institute of Technology (KIT) sta studiando la capacità di immagazzinamento di questo tipo di magneti a singola molecola e come può essere migliorata.

Inoltre, vengono utilizzate tecniche speciali:la spettroscopia Mössbauer è un metodo analitico in cui viene studiato l'assorbimento dei nuclei atomici con l'ausilio di raggi X ad alta energia. Al campus TUK, questo metodo viene utilizzato per studiare sostanze contenenti ferro e persino proteine. Il team di Schünemann ha utilizzato una sorgente di radiazioni (Advanced Photon Source) presso l'Argonne National Laboratory vicino a Chicago per i loro esperimenti.

Per la prima volta, è stato ora possibile studiare un magnete a singola molecola con disprosio come centro metallico utilizzando questo metodo. "Gli esperimenti sono stati condotti a temperature estremamente basse di -269 gradi Celsius in elio liquido, " continuò il fisico. Temperature così basse sono necessarie perché molti dei magneti a singola molecola sviluppati fino ad oggi, mostrano le loro proprietà caratteristiche solo in queste condizioni.

Inoltre, questo metodo spettroscopico fornisce una visione più dettagliata del cosmo atomico. Questa tecnica consente ai ricercatori di trarre conclusioni sulle interazioni tra il nucleo metallico e i ligandi. "Possiamo esaminare le proprietà del centro metallico in modo simile al rallentatore, la scienziata confronta il metodo che presenta con i suoi colleghi ricercatori nel suo attuale studio. "Vediamo ulteriori informazioni rispetto ai nostri metodi convenzionali. Per esempio, possiamo vedere quanto velocemente il sistema ritorna al suo stato originale e quanto è lungo il tempo di conservazione della molecola".

L'obiettivo dei gruppi di ricerca di Kaiserslautern e Karlsruhe è comprendere meglio le proprietà caratteristiche dei magneti a singola molecola per sviluppare strategicamente ulteriori sistemi. Oltre ai sistemi che hanno un solo centro metallico, il team TUK e il gruppo del professor Powell stanno anche studiando le proprietà dei magneti a singola molecola che hanno due o più centri metallici. Il focus qui è sulle interazioni tra i metalli. "Questo potrebbe portare a un migliore comportamento di archiviazione, " disse Scherthan.

Il lavoro si è svolto nell'ambito del Centro di ricerca collaborativa Transregio "Effetti cooperativi nei complessi omo ed eterometallici" (SFB/TRR 883 MET). I gruppi di ricerca di chimica e fisica lavorano in modo interdisciplinare sui sistemi molecolari con da due a quattro centri metallici. Uno degli obiettivi è sviluppare nuove proprietà e funzioni a livello molecolare, ad esempio per ottenere materiali più efficienti per l'immagazzinamento magnetico o catalizzatori più efficaci per reazioni chimiche.

Lo studio è stato pubblicato sulla rinomata rivista Angewandte Chemie .