Siguiendo las últimas investigaciones en el campo de la obtención de imanes de molécula única (SMM), Los científicos han dado un paso más en el camino hacia la obtención de memorias magnéticas superdensas y redes neuronales moleculares. en particular, la construcción de memorias autoasociativas y sistemas de optimización multicriterio que operan como modelo del cerebro humano. Curiosamente, esto se logró mediante el uso de métodos disponibles en un laboratorio químico promedio.

¿Hasta 100 millones de bits en un milímetro cuadrado de dispositivos de almacenamiento magnético? ¿Redes neuronales hechas de moléculas individuales? El trabajo realizado por un equipo liderado por Lukasz Laskowski del Departamento de Ingeniería Molecular y Nanoelectrónica del Instituto de Física Nuclear de la Academia de Ciencias de Polonia que se centra en la separación de partículas individuales de imanes moleculares nos acerca a la consecución de estos objetivos.

Hasta finales de la década de 1980, Prevaleció una opinión ampliamente aceptada de que las propiedades ferromagnéticas están asociadas con la estructura cristalina y solo pueden relacionarse con materia cristalina apropiadamente voluminosa. Sin embargo, En 1991, un material hecho de Mn ₁₂ O ₁₂ (OAc) _dieciséis (H ₂ O) ₄ moléculas, también conocido como Mn ₁₂ -estearato, apareció, que contradecía esta creencia común. Resultó que por debajo de cierta temperatura este material exhibe propiedades ferromagnéticas. Vale la pena enfatizar que estas propiedades magnéticas no son el resultado de las propiedades de la estructura cristalina, como en el caso de los ferromagnéticos, sino de las características de una sola molécula. Es por eso que los materiales de este tipo se denominaron imanes de molécula única (SMM).

No es difícil imaginar la aplicación de tales compuestos, por ejemplo, en unidades de memoria superdensas o elementos de redes neuronales. Por lo tanto, Parecería que los imanes de una sola molécula se utilizarán rápidamente de forma generalizada. Sin embargo, esto no sucedió. Esto probablemente fue causado por problemas con su separación y la obtención de un sistema adecuado de moléculas individuales espaciadas lo suficientemente lejos entre sí como para evitar que se afecten entre sí. Es más, después de obtener dicho sistema, era necesario desarrollar un método para observar moléculas tan pequeñas como 2 nm.

Entonces, ¿cómo se pueden aprovechar al máximo las propiedades de los imanes de una sola molécula? ¿Cómo colocar partículas individuales de dicho material en el sustrato para que no pierdan sus propiedades? ¿Cómo verificar la aparición de tal sistema? ¿Es necesario utilizar tecnologías sofisticadas para este propósito?

El supuesto básico del proyecto era obtener imanes de una sola molécula separados sobre un sustrato magnéticamente neutro y observar directamente dichas moléculas sin el uso de técnicas de laboratorio avanzadas. La prioridad fue el uso posterior de los procedimientos desarrollados para aplicaciones comerciales. Después de elegir las características del material en términos de características físico-químicas y mecánicas, y estructura molecular, era necesario desarrollar un procedimiento de síntesis de tal manera que los átomos se organizaran como era de esperar, creando el nanomaterial deseado. Luego, los investigadores tuvieron que elegir un imán de una sola molécula, un sustrato (matriz), el tipo de moléculas de anclaje en la superficie del sustrato, la forma de controlar su distribución y la distancia entre ellos, y métodos para la observación directa de tales moléculas.

En la etapa de selección de posibles tipos de imanes de una sola molécula, el Mn ₁₂ El compuesto de estearato fue reconocido como el más prometedor. Esta partícula tiene un alto espín en el estado fundamental S =10 y, por lo tanto, un fuerte momento magnético. Debido a algunas modificaciones, la forma soluble de Mn ₁₂ -se obtuvo estearato, que además demostró ser más resistente al impacto atmosférico.

Al considerar el tipo y la forma del medio utilizado, los científicos tuvieron en cuenta el aspecto de observación del material obtenido. La confirmación explícita del éxito sería la observación directa de Mn ₁₂ -moléculas de estearato en la superficie de la matriz. Sin embargo, esto fue difícil debido a su pequeño tamaño de sólo unos 2 nm. La solución resultó ser la aplicación de sílice esférica. Se depositaron imanes de una sola molécula sobre partículas de sílice esféricas con un diámetro de aproximadamente 300 nm. Con la forma esférica y el tamaño relativamente pequeño de dicho sustrato, se pudieron observar claramente mediante microscopía electrónica de transmisión (TEM). En particular, el equipo se centró en observar el horizonte mismo (periferia) de dicha esfera y detectar los imanes de una sola molécula anclados a ella (Figuras 1 y 2).

La superficie de la sílice elegida como sustrato para la deposición de moléculas magnéticas tiene numerosos grupos hidroxilo, que luego pueden transformarse en unidades de anclaje. El método de anclar las moléculas depende de unir grupos butil-nitrilo a las unidades hidroxilo superficiales y luego transformarlos en grupos propilcarboxilo por hidrólisis. Estas, Sucesivamente, capturar e inmovilizar fácilmente Mn individuales ₁₂ -moléculas de estearato. Se superó el problema de controlar la distribución de las anclas, sin embargo, con la ayuda de unidades espaciadoras, que permite el seguimiento de la distribución de las unidades de anclaje durante la síntesis.

Los materiales fueron sintetizados en el laboratorio del Departamento de Ingeniería Molecular y Nanoelectrónica del Instituto de Física Nuclear de la Academia Polaca de Ciencias. El trabajo con los materiales se lleva a cabo desde 2018. Las sustancias obtenidas se ensayaron en cuanto a propiedades estructurales mediante microscopía TEM y espectroscopía vibracional. Las propiedades magnéticas se determinaron mediante magnetometría SQUID.

Los resultados obtenidos demuestran directamente que el grupo de investigación logró colocar partículas magnéticas individuales sobre la superficie de sílice. El procedimiento es robusto, repetible y sin complicaciones, por tanto, puede ser utilizado por unidades científicas e industriales dotadas de laboratorios medios equipados. Además, Se implementó un método muy simple de observación directa de pequeñas moléculas depositadas sobre un sustrato de sílice:Mn ₁₂ -las moléculas de estearato eran claramente visibles, especialmente cerca del horizonte de la sílice esférica usando microscopía TEM. Nadie ha aplicado este procedimiento antes. Un logro de investigación igualmente importante resultó ser la observación de que los imanes de una sola molécula conservan sus propiedades, incluso cuando están separados entre sí e incrustados en el sustrato. Además, fue posible determinar la forma de anclar las moléculas magnéticas en función de la concentración de unidades de anclaje.

Los resultados obtenidos son muy importantes y animan a seguir trabajando en este tipo de material. En la actualidad, el equipo está trabajando en el análisis de los resultados detallados de las mediciones magnéticas de las sustancias aquí descritas en función de la concentración de Mn ₁₂ -moléculas de estearato. Los científicos también están investigando la durabilidad de los nanocomposites fabricados. El siguiente paso será la regularización de los sistemas obtenidos. En la actualidad, la distancia entre moléculas magnéticas está regulada estadísticamente, pero ultimamente, Minnesota ₁₂ Los imanes de estearato de una sola molécula deben disponerse sobre el sustrato en una configuración hexagonal regular. Esto será posible con el uso de sílice mesoporosa con una estructura ordenada de canales en forma de película delgada y funcionalización precisa de múltiples etapas del sustrato.