Tutkijat ovat onnistuneet voittamaan tämän rajoituksen tuomalla kiharuutta magneettimolekyyliin. Tulokset löytyvät Journal of the American Chemical Society -julkaisusta.
Kuten nimestä voi päätellä, magneettimolekyyli on magneetti, joka koostuu yhdestä ainoasta molekyylistä. Sillä on ei-nolla magneettinen momentti, joka on usein sidoksissa rakenneperäisten metallikationien parittomiin elektroneihin.
Ulkoisen magneettikentän soveltaminen näihin kohteisiin suuntaa jokaisen molekyylin magneettiset momentit tiettyyn suuntaan. Tämä magneettinen tila säilyy, kun magneettikenttä katkaistaan, mikä antaa jokaiselle molekyylille muistin sille magneettikentälle, jota siihen on sovellettu.
Ja kun puhutaan niin pienestä muistista, se tarkoittaa mahdollisia sovelluksia tiheän tiedon tallentamiseen, kvanttitietojenkäsittelyyn tai spintronikkaan. On kuitenkin pystyttävä lukemaan jokaisen molekyylin kantama magneettinen tieto.
On mahdollista saada nämä magneettisesti tallennetut tiedot ilman fyysistä kosketusta optisen lukemisen avulla. Aikaisemmin se vaati polarisoidun valonsäteen (usein laserin) ja analyysin, jossa tarkasteltiin pyöreän polarisaation muutosta* vuorovaikutuksessa paikallisten magneettisten momenttien kanssa, ilmiötä kutsutaan "Faradayn magneto-optiseksi efektiksi". Tämä lukemistapa, jota markkinoitiin lyhyesti, hylättiin nopeasti valon polarisoitumiseen liittyvän monimutkaisuuden vuoksi.
Tällaisen esteen voi kiertää yhdistämällä kiharuutta** ja magnetismia. Itse asiassa kiharilla magneettimateriaaleilla on ominaisuus, jota kutsutaan magneto-kihara-dikroismiksi (MChD), mikä tarkoittaa, että niiden polarisoimattoman valon absorptio riippuu niiden magneettisesta tilasta. Kiharuden tuominen magneettimolekyyliin pitäisi mahdollistaa niiden magneettisen tilan optinen lukeminen polarisoimattomalla valolla.
Käyttämällä molekyylikemian periaatteita, joukko kemistejä Raskaiden magneettikenttien kansallisesta laboratoriosta (CNRS/ Université Grenoble Alpes/INSA Toulouse/Université Toulouse III Paul Sabatier) on onnistunut tuomaan tämän kiharuden magneettimolekyyliin, joka sisältää dysprosium(III)-ionin. Tutkijat kehittivät sitten erityisen mittausprotokollan magneto-kihara-dikroismille. Se koostuu sovelletun magneettikentän vaihtelusta molekyyleihin ja siten niiden magnetismiin, tallentaen jatkuvasti järjestelmän optista vastausta kaikilla kenttäarvoilla.
Saadut magneto-kihara-optiset tiedot seuraavat täydellisesti magnetometrialla saatuja magnetoitumiskäyriä. Nämä tulokset, jotka julkaistiin J. Am. Chem. Soc. -lehdessä, osoittavat, että tuomalla kiharuutta magneettimolekyyleihin, polarisoimaton valo pystyy tutkimaan niiden magneettista tilaa MChD:n kautta, jopa nollakentässä.
Tämä on paradigman muutos optisten tietojen lukemisen alalla, joka avaa tien uusien optisten lukuteknologioiden kehittämiselle, vapauttaen valon polarisaatiosta.
Huomautukset:
* Valon pyöreä polarisaatio on polarisaatiotyyppi, jossa valoaallon sähkökenttä kiertää spiraalimaisesti etenevän suuntansa ympäri.
** Kiharuus on joidenkin esineiden tai molekyylien geometrinen ominaisuus, joka ei ole päällekkäinen peilikuvansa kanssa.
Kirjoittaja: CCdM
Viite:
Optical Readout of Single-Molecule Magnets: Magnetic Memories with Unpolarized Light.
J. Am. Chem. Soc., 2024, 146, 23616−23624.
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c08684