A volte creare un nuovo tipo di scatola richiede un pensiero fuori dagli schemi, che è esattamente ciò che i chimici spartani usavano per creare un cubo magnetico a otto atomi.

Quella minuscola scatola è il cuore di una nuova molecola magnetica che potrebbe alimentare le future tecnologie per l'archiviazione dei dati, l'informatica quantistica e altro ancora.

"All'inizio, il nostro approccio sembrava un'idea davvero folle", ha detto Selvan Demir, assistente professore di chimica al College of Natural Science. "Ma si scopre che funziona."

Demir e il suo team hanno pubblicato il loro lavoro sulla rivista Chem , che presentava la ricerca sulla copertina del numero del 10 marzo.

Parte di ciò che ha reso l'idea dei ricercatori così selvaggia è stata la loro scelta di lavorare con ingredienti di partenza notoriamente schizzinosi nella comunità chimica.

Un ingrediente è un gruppo di elementi denominati lantanidi, che occupano una riga speciale verso il fondo della tavola periodica degli elementi. L'altro è l'elemento metallico bismuto, che in genere non riceve troppa attenzione (anche se alcuni potrebbero riconoscerlo dal suo ruolo negli antiacidi rosa brillante come il Pepto Bismol).

"Se mi avessi chiesto quando ho iniziato alla MSU, "Farai chimica del bismuto?" Probabilmente avrei risposto:"No. Perché dovrei farlo?'" Ha detto Demir. "La chimica del bismuto è generalmente vista come noiosa. Ma si scopre che il bismuto si combina con altri elementi in modi sorprendentemente ricchi."

Trovando un modo per combinare il bismuto con un elemento lantanide, in particolare terbio o disprosio, hanno creato una molecola con caratteristiche magnetiche permanenti. È lo stesso magnetismo che si trova nelle barre magnetiche e nei dischi rigidi, ma su scala molto più piccola.

La piccola scala dei magneti molecolari offre opportunità tecnologiche, come il miglioramento della capacità di archiviazione dei dischi rigidi magnetici. Ci sono anche applicazioni emergenti in cui i magneti convenzionali potrebbero essere semplicemente troppo grandi per contribuire, come nei processori per computer quantistici.

Il primo magnete a singola molecola è stato scoperto circa 30 anni fa e, da allora, i ricercatori hanno cercato nuove varietà con diversi attributi fisici e chimici. Hanno anche lavorato per sviluppare approcci chimici più creativi per realizzare i magneti. Qui spicca il lavoro del gruppo Demir.

Ze-Yu Ruan e Ming-Liang Tong, chimici della Sun Yat-Sen University in Cina che non sono stati coinvolti nella ricerca, hanno descritto il progetto come "senza precedenti" e "impressionante" in un articolo in anteprima per la rivista Chem .

"Questa è stata probabilmente la cosa più difficile che ho fatto con la mia squadra", ha detto Demir.

"Il risultato era inizialmente inaspettato, ma dopo averlo scoperto, abbiamo ottimizzato la sintesi per indirizzare il composto per l'analisi. Probabilmente abbiamo dovuto eseguire 100 reazioni per trovare le condizioni migliori per realizzarlo".

La molecola stessa, tuttavia, sembra semplice, smentendo la complessità del processo necessario per realizzarla. La parte superiore e inferiore della molecola sono ricoperte da anelli di atomi di carbonio e idrogeno. Ogni anello è legato a un lantanide che forma un cubo con gli atomi di bismuto.

"I metalli lantanidi sono una specie di seduta su un trono che assomiglia alla struttura della 'sedia' del cicloesano, uno speciale motivo strutturale familiare nella chimica organica", ha detto Demir. "È molto stabile."

Questa stabilità è utile qui perché alla natura di solito non piace fare i cubi.

Nonostante la complessità del processo, la sensibilità degli ingredienti coinvolti e le sfide della sua caratterizzazione strutturale e fisica, gli scienziati spartani sono riusciti a scoprire un nuovissimo tipo di magnete a singola molecola.

"Siamo i primi al mondo a farlo. Penso che sia fantastico", ha detto Demir. "Non capita tutti i giorni di trovare un nuovo percorso verso qualcosa. Ma è la sfida del lavoro in questo tipo di area inesplorata e ad alto rischio che ci fa tornare in laboratorio ogni giorno". + Esplora ulteriormente

Utilizzo di legami lantanide-lantanide per creare magneti permanenti più potenti