دمای صفر مطلق با یخچال مولکولی

این سیستم بر پدیده‌ای بنام اثر مغناطو-کالریک ("magneto-caloric") تکیه دارد که در آن حذف یک میدان مغناطیسی از یک ماده فرومغناطیس موجب افت دما می‌شود. کلید رسیدن به یک اثر مغناطو-کالریک بزرگ در داشتن ماده‌ای با تعداد زیاد الکترون‌های جفت‌نشده که همگی دارای حالت‌های اسپینی هم‌راستا هستند، می‌باشد.

برای تولید یک اثر مغناطو-کالریک بزرگ مورد نیاز، این گروه از یونی که متشکل از پنج اتم مس و چهار اتم گادولینیوم است، استفاده کرد.

برچین می‌گوید: "ولی همینکه شما شروع به اتصال این یون‌ها برای ساخت یک مولکول بزرگ می‌کنید، یک مشکل ایجاد می‌شود. نود و پنج درصد تمام برهم‌کنش‌های فلز- فلز، پادفرومغناطیس می‌باشند- ممان‌های مغناطیسی آنها همدیگر را خنثی می‌کند. "

بنابراین چالش بزرگی در حفظ یکپارچگی مغناطیسی و الکترونیکی این یون‌های منفرد درحین بکارگیری آنها در مولکولی که قادر به فرآوری باشد، وجود داشت. برچین می‌گوید: "کلید حل این مشکل لگاندهای متصل کننده یونی می‌باشد. ما از یک پلی‌آلکوکسید- که وقتی دی پروتونه می‌شود، اکسیژن‌ها می‌توانند بین فلزات اتصال ایجاد کنند- استفاده می‌کنیم.

ما تقریباً یک اکسید فلزی می‌سازیم ولی رشد آن را با کپسوله کردن مراکز فلزی در پوسته‌های آلی متوقف می‌کنیم." این امر به تولید ماده بلورینه‌ای می‌انجامد که از مولکول‌های گسسته‌ای که هرکدام ویژگی‌های مهم خود را حفظ کرده‌اند، تشکیل شده است. هنگامی که یک میدان مغناطیسی حذف می‌شود، کاهش دمای قابل ملاحظه‌ای در سطح مولکولی و همین‌طور در کل این ماده ایجاد می‌شود.

برچین می‌گوید: "هنگامی که میدان مغناطیسی به اندازه‌ی یک تسلا تغییر کند، دما دو درجه کلوین افت پیدا می‌کند. این میزان كاهش، افت بزرگی است."

این دانشمندان جزئیات نتایج كار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی Chem. Sci. منتشر كرده‌اند.

بخش دانش و زندگی تبیان

منبع:

ستاد ویژه توسعه فناوری نانو