فلزات سنگین راه را برای تولید نانومغناطیس‌های دما بالا باز می‌کنند

پژوهشگران دانشگاه کوپنهاگن در دانمارک نشان دادند که به کمک فلزات سنگین می‌توان به نانومغناطیس‌هایی دست یافت که برخلاف نانومغناطیس‌های معمولی، در دماهای بالا خاصیت مغناطیسی خود را از دست نمی‌دهند.

پژوهشگران دانشگاه کوپنهاگن در دانمارک
نشان دادند که به کمک فلزات سنگین می‌توان به نانومغناطیس‌هایی دست یافت که
برخلاف نانومغناطیس‌های معمولی، در دماهای بالا خاصیت مغناطیسی خود را از
دست نمی‌دهند.

آیا دوست دارید همه‌ی فیلم‌هایتان روی قطعه‌ای به اندازه‌ی یک آیفون ذخیره
شوند؟

مواد مغناطیسی که از تعداد کمی اتم‌های فلزی ساخته شده‌اند، به تنهایی،
ساخت این قطعات کوچک ذخیره‌سازی را ممکن می‌سازند و اخیرا به‌عنوان اجزایی
برای قطعات spintronics (الکترونیک چرخشی) مطرح شده‌اند. برای کاربردی کردن
این نانومغناطیس‌ها تنها یک مانع سر راه وجود دارد. دیده شده است که
نانومغناطیس‌ها تنها می‌توانند در دمای کمی بیشتر از صفر مطلق کار ‌کنند.

توضیح شکل: مغناطیس‌هایی که از سه تا پنج اتم شاخته شده‌اند که ذخیره‌سازی
رایانه‌ای را تا یک میلیون برابر فشرده می‌کنند. به‌تازگی شیمیدانی از دانشگاه
کوپنهاگن راهی برای عملی کردن این نانومغناطیس‌ها ارایه کرده‌است.
حال دانشجویی از دانشگاه کوپنهاگن نشان
داده‌است که مغناطیس‌های مولکولی تهیه شده با استفاده از فلزات روتنیوم و
اسمیوم، خواص مغناطیسی خود را در دماهای بالاتر نیز حفظ می‌کنند. این
پدیده، احتمالا به‌دلیل جفت شدن اسپین-اوربیتال و الکترون‌های پراکنده‌ی
بیشتر در عناصر سنگین‌تر دیده می‌شود.

برخی از جزئیات این یافته‌ها اخیرا در مجله‌ی Chemistry – A European
Journal منتشر شده است.

کسپر استین پدرسن، دانشجوی مقطع کارشناسی ارشد دانشگاه کوپنهاگن است. او در
زمینه‌ی مغناطیس مولکولی روی مغناطیس‌های بر پایه‌ی یون‌های فلزی سه بعدی
آهن تحقیق و فعالیت کرده‌ است. مغناطیس‌های تک مولکولی، مولکول‌های ایزوله
شده‌ای هستند که مانند مغناطیس واقعی رفتار می‌کنند. مسئله‌ی مهم این است
که این نانومغناطیس‌ها فقط قادرند در دماهای پایین کار کنند، پس در نتیجه
کاربرد عملی چندانی ندارند. از این رو پدرسن برای حل این مسئله تلاش
فراوانی کرده است.

وی می‌گوید: «با نگاهی به جدول تناوبی عناصر، راه حل این مسئله، بسیار واضح
به نظر می‌رسد. روتنیوم و اسمیوم در گروه مشابهی از جدول تناوبی مانند آهن
هستند، بنابراین با توجه به دانش ما درباره‌ی مغناطیس‌های بر پایه‌ی آهن،
امکان ایجاد مغناطیس‌هایی به واسطه‌ی این مواد باید وجود داشته باشد».

به گفته‌ی کسپر استین پدرسن، خواص شیمیایی این فلزات مشابه خواص شیمیایی
آهن هستند ولی خواص فیزیکی آنها متفاوت است.

وی می‌گوید: «به‌طور اساسی خاصیت مغناطیسی با چرخش الکترونی افزایش
می‌یابد. البته این خاصیت از حرکت الکترون حول هسته نیز ایجاد می‌شود. سهم
عامل دوم که برای روتنیوم و اسمیوم و دیگر فلزات سنگین بسیار بزرگ است،
به‌طور گسترده‌ای به‌وسیله‌ی جامعه‌ی محققان نادیده گرفته می‌شود، اما این
ما به‌طور تجربی نشان دادیم که این عامل، تأثیر مهمی دارد و به‌طور کلی
جدید و مهیج است».

پدرسن با استفاده از فلزات غیر مرسوم توانست دمای بحرانی نانومغناطیس‌ها را
در حدود چند کلوین افزایش دهد. نتیجه‌ی دیگر تحقیقات وی که در واقع نقش
قابل توجه حرکت الکترونی روی خواص مغناطیسی است، راه را برای ارایه‌ی
روش‌های ترکیبی برای رسیدن به نانومغناطیس‌های مولکولی با دمای بحرانی بالا
باز کرد.