Выяснена природа органического ферромагнетизма
Инженеры уже некоторое время рассматривают органические материалы, включая те, что состоят только из углеродных атомов, как заманчивую и более дешёвую в производстве альтернативу используемым сегодня кремнию и металлам. Группа исследователей из Института физико-химических исследований RIKEN (Япония) выяснила подлинную природу магнетизма в органических молекулах, свойства чрезвычайно редкого для этого класса материалов, но вместе с тем и совершенно необходимого для производства полностью органической электроники.
Постоянный магнетизм неорганических материалов, таких как железо, возникает благодаря специфическому внутреннему электронному строению материала, и такое явление называетсяферромагнетизмом. В органических материалах ферромагнетизм встречается очень редко ввиду фундаментального отличия их атомно-электронных структур от металлов. Одним из немногих примеров органических магнитов является TDAE-C60 - комплексное соединение, состоящее из центрального ядра фуллерена с присоединённым к нему органическим лигандом тетракис-диметиламино-этиленом. Сразу после открытия этого магнита начались теоретические и экспериментальные изыскания, нацеленные на выявление механизма, который обеспечивает столь неожиданное проявление органического ферромагнетизма. Объяснение эффекта (а лучше - создание «точной модели органического магнетизма») оказало бы материаловедам незаменимую услугу, а там, глядишь, и до «магнитных материалов будущего» было бы рукой подать.
Особенно заинтересованы материаловеды в понимании электронной структуры TDAE-C60 и того, как она причастна к появлению ферромагнетизма.
Чтобы решить эту задачу, японские учёные обратились к фотоэлектронной спектроскопии (PES). Облучение монокристалла TDAE-C60 рентгеновскими лучами приводило к возбуждению электронов в кристалле и их выходу с поверхности. При этом исследователи измеряли число и кинетическую энергию выходящих электронов, что позволило получить довольно полную информацию об электронной структуре TDAE-C60 и построить точную теоретическую модель органического магнетизма.
Учёные предположили, что появление магнитных свойств в TDAE-C60 обусловлено полным трансфером (а не частичным сопряжением) одного электрона из органического лиганда TDAE к фуллереновому ядру. Существование образующегося в результате такого трансфера положительно заряженного TDAE подтверждается теоретическими расчётами, проведёнными той же научно-исследовательской группой. Подробно о результатах работы рассказывается в статье, опубликованной в журнале Physical Review B.
Предыдущие изыскания, касающиеся органического магнетизма, основывалась на теории комплекса с переносом заряда от лиганда к фуллерену, приводящим к внутримолекулярному Ян-Тейлоровскому искажению электронных орбиталей. В рассматриваемой работе ферромагнетизм предполагается в виде следствия упорядочения электронных орбиталей. Подробнее об этой теории можно прочитатьздесь.
Самое забавное, особенно если вспомнить о планах по замене металлов в качестве магнитных материалов, заключается в том, что даже в случае с TDAE-C60 магнитные свойства проявляются лишь при температурах ниже 16 К. И теперь, имея точные знания о природе магнетизма в этом материале, японские учёные намерены побороться за поднятие этого теплового порога. (В этом смысле ситуация во многом напоминает ВТСП: сколько разговоров, сколько мечтаний... а закончилось всё почти там же, где и началось, с трудом дотянув до температуры жидкого азота. И начинали тоже с температур около 20 К.
Но тогда хоть было с чем сравнивать - со сверхпроводниками, работающими при 4 К. В случае же с магнитами придётся сравнивать с металлами, которые прекрасно работают в самом широком спектре температур, включая, конечно, комнатную.)
Подготовлено по материалам Института физико-химических исследований RIKEN.
К вопросу о сверхсветовой скорости движения нейтрино
Компьютеры стали умнее людей
Астрономы определили размеры Солнечной системы при рождении
На Земле начался очередной этап вымирания
Ядро Земли оказалось неуравновешенным
Впервые создана компьютерная модель Млечного пути
