Une équipe de chercheurs de l’Université Jiao Tong de Shanghai, en collaboration avec deux collègues de l’Université de Harvard, a développé une nouvelle façon de synthétiser des nanoaimants quantiques uniques basés sur des systèmes multi-porphyrines sans métal. Dans leur article publié dans la revue Chimie naturellele groupe décrit sa méthode et ses utilisations possibles.
Les aimants moléculaires sont des matériaux capables de présenter du ferromagnétisme. Ils sont différents des autres aimants car leurs blocs de construction sont composés de molécules organiques ou d’une combinaison de composés de coordination. Les chimistes ont étudié leurs propriétés dans le but de les utiliser pour développer des thérapies médicales telles que l’imagerie par résonance magnétique avancée, de nouveaux types de chimiothérapie et éventuellement une thérapie par hyperthermie locale induite par un champ magnétique. Dans ce nouvel effort, les chercheurs ont développé un moyen de créer des nanoaimants moléculaires aux propriétés quantiques.
La technique consistait d’abord à synthétiser une monoporphyrine en utilisant ce qu’ils décrivent comme une «chimie en solution» conventionnelle – les monoporhyrines ont été créées en utilisant un microscope à force atomique pour extraire les atomes d’hydrogène des polyporphyrines. Les chercheurs ont ensuite appliqué le résultat sur une base d’or qu’ils ont placée dans un four et chauffée à 80 °C. Cela a forcé les anneaux dans le matériau à s’enchaîner. Ils ont ensuite monté le four à 290°C puis laissé cuire le matériau pendant encore 10 minutes. Cela a entraîné la formation de cycles de carbone supplémentaires et la création de nanoaimants quantiques.
La technique fonctionne car elle implique l’utilisation de porphyrines, qui sont des molécules hétérocycliques qui ont de multiples doubles liaisons avec des électrons délocalisés. Ils existent généralement sous forme d’anneaux. Ils forment également facilement des complexes avec des ions et des métaux de terres rares, ce qui permet de les utiliser pour créer des aimants moléculaires.
Une fois leurs aimants terminés, les chercheurs les ont étudiés à l’aide d’un microscope à effet tunnel, trouvant des interactions ferromagnétiques entre des spins de 15 milliélectronvolts. Ils ont en outre confirmé l’existence d’un échange d’interaction magnétique en utilisant la spectroscopie avec circulation de spin.
Les chercheurs suggèrent que leur approche est un moyen relativement simple de fabriquer des nanoaimants quantiques en polyporphyrine de longueurs variables, qui peuvent également avoir un nombre différent de centres radicaux.
Yan Zhao et al, Nanoaimants quantiques dans les chaînes de porphyrine sans métal en surface, Chimie naturelle (2022). DOI : 10.1038/s41557-022-01061-5
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