Wissenschaftlern der Universität Lissabon (Portugal) und der Universität Stuttgart (Deutschland) ist es gelungen, eine Reihe von Kobaltmolekülen zu synthetisieren und umfassend zu charakterisieren, die die Eigenschaften von Molekularmagneten aufweisen, ein ermutigendes Ergebnis für die Zukunft des Quanten-Computing.
Die aktuelle Nachfrage nach dem Austausch und der Manipulation von Daten durch Informationstechnologien, die durch die Vervielfältigung elektronischer Geräte verursacht wird, hat Wissenschaftler dazu veranlasst, über effizientere Berechnungsmethoden nachzudenken. Das Speichern von Informationen in binären Systemen funktioniert durch Umschalten zwischen zwei stabilen Zuständen unter Umgebungsbedingungen durch Anlegen eines Stimulus. Ein neues Modell der Spinelektronik (Spintronik), das auf der Ausrichtung von Elektronenspins zum Speichern binärer Informationen basiert, ermöglicht nichtflüchtige Speicher, erhöhte Verarbeitungsgeschwindigkeiten, geringeren Energieverbrauch und niedrigere Integrationsdichten.
Das Forschungsteam hat eine Reihe von Kobaltmolekülen untersucht, die zwischen zwei magnetischen Zuständen wechseln können, allerdings bei niedrigen Temperaturen. Diese Moleküle, die eine magnetische Bistabilität aufweisen, werden als molekulare Magnete bezeichnet, und Charakterisierungstechniken wie die elektronische paramagnetische Hochfeldresonanz ermöglichen die Bewertung der Reaktionsfähigkeiten, die diese Materialien angesichts von Magnetfeldern aufweisen.
Basierend auf früheren Arbeiten des Forschungsteams zu Kobaltkomplexen, veröffentlicht in Polyeder, die bisher für diese Anwendung unerforscht waren, wurden Computerstudien an atomistischen Modellen durchgeführt, um den physikalischen Ursprung ihrer Eigenschaften zu ermitteln und eine Begründung für die Optimierung ihrer Leistung zu liefern. Die jetzt veröffentlichten Ergebnisse verwenden Charakterisierungstechniken wie Hochfeld-elektronische paramagnetische Resonanz, die die Bewertung der Reaktionsfähigkeit dieser Materialien angesichts von Magnetfeldern ermöglichen.
Nuno Bandeira, Mitglied des Forschungsteams und Forscher an der Fakultät für Naturwissenschaften der Universität Lissabon (Portugal), sagt, dass „es derzeit zwei ‚Kampffronten‘ in Bezug auf die Erforschung von Einzelmolekülmagneten gibt: Eine davon befasst sich mit der Forschung mit Lanthanoiden Komplexe. Und in der Tat kann man von ihnen gigantische Magnetisierungsumkehrbarrieren erhalten. Aber Lanthanoide sind teuer in der Herstellung. Die andere Forschungsfront befasst sich mit Übergangsmetallen der ersten Reihe, die billiger zu erhalten sind, aber die Magnetisierungsbarrieren sind viel kleiner, was bedeutet, dass sie nur funktionieren können angemessen bei sehr niedrigen Temperaturen. Idealerweise möchte man versuchen, einen Einzelmolekülmagneten zu erhalten, der bei Raumtemperatur arbeitet.“
Die jetzt veröffentlichten Ergebnisse sind ermutigend: „Diese Ergebnisse weisen den Weg zur Verbesserung und zum Design neuer Arten von Liganden für leistungsfähigere Molekularmagnete bei immer höheren Temperaturen. Insgesamt stellen diese Ergebnisse einen Meilenstein in der Entwicklung unseres Wissens und in der Entwicklung dar.“ Suche nach besseren Materialien für Anwendungen in der Spintronik und im Quantenmaßstab“, fügt Bandeira hinzu.
Die Forschung ist veröffentlicht in Grenzen der anorganischen Chemie.
Patrícia S. Ferreira et al., Verhalten von Einzelionenmagneten in homoleptischen Co(ii)-Komplexen mit 2-Iminopyrrolyl-Liganden, Grenzen der anorganischen Chemie (2022). DOI: 10.1039/D2QI00601D
Tiago FC Cruz et al, Synthese, Charakterisierung und Magnetismus von homoleptischen Bis(5-aryl-2-iminopyrrolyl)-Komplexen von Eisen(II) und Cobalt(II), Polyeder (2018). DOI: 10.1016/j.poly.2018.06.026
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