Uusia kevyitä magneetteja

Kuvaesitys molekyylipohjaisesta magneetista ja sen magneettisista ominaisuuksista.

Centre de Recherche Paul Pascalin (CNRS - Bordeaux'n yliopisto) vetämä kansainvälinen tutkijaryhmä on löytänyt uuden tavan suunnitella magneetteja, joilla on erinomaiset fysikaaliset ominaisuudet, mikä voisi tehdä niistä täydentäviä tai jopa kilpailukykyisiä perinteisten epäorgaanisten magneettien kanssa.

Epäorgaanisten magneettien valmistus voi kuitenkin olla kallista ja niiden lähtömateriaalien saatavuus rajallista.

Vuosikymmenien ajan kemistit ovat yrittäneet valmistaa tehokkaita magneetteja pienemmillä energiankäytön ja taloudellisilla kustannuksilla käyttämällä runsaita metalli-ionien molekyyliyksiköitä ja halpoja orgaanisia ligandeja. Vain muutamia huonelämpöisiä molekyylipohjaisia magneetteja on raportoitu eivätkä ne yleensä voi tallentaa informaatiota.

CNRS-tutkijan Rodolphe Cléracin johtamassa kansainvälisessä tutkijaryhmässä on löydetty uusi kemiallinen strategia, jossa hyödynnetään orgaanisia radikaaleja ja paramagneettisista metalli-ionia.

Näin tuotetuilla uusilla magneeteilla on monia toivottavia fysikaalisia ominaisuuksia, kuten korkea käyttölämpötila (jopa 242 °C), suuri huonelämpötilainen 7500 öerstedtin koersitiivisyys eli kyky tallentaa informaatiota. Niiden tiheys on noin 1,2 g cm-3 verrattuna perinteisten epäorgaanisten magneettien yli 5 grammaan kuutiosenttimetrille.

Näiden magneettien syntetisointiprosessi on suhteellisen yksinkertainen ja sitä voidaan helposti soveltaa moniin metalli-orgaanisiin materiaaleihin muuttaen ne metalli-orgaanisiksi magneeteiksi. Ne ovat kuitenkin erittäin herkkiä ilmalle ja huonosti kiteisiä, mutta tutkijat voittivat nämä hankaluudet ja onnistuivat karakterisoimaan magneettien elektroniset ja magneettiset ominaisuudet kansainvälisten yhteistyön avulla.

Vaikka European Synchrotron Research Facilityn (ESRF) BM01- ja ID12-sädelinjat olivat avain näiden materiaalien ymmärtämiseen niiden rakenteen ja magneettisten ominaisuuksien suhteen, Suomen Akatemian äskettäinen tutkija Aaron Mailman osallistui näiden magneettien analyyttiseen ja spektroskooppiseen karakterisointiin.

''Tässä työssä käytetyn synteettisen strategian tulisi olla laajalti sovellettavissa vastaaviin järjestelmiin, ja vaikka nämä tulokset edustavat uusia vertailuarvoja koersitiivisyydelle ja kriittiselle lämpötilalle, pienissä tiheyksisissä, kevyissä metalli-orgaanisissa magneeteissa, odotan, että tulevat tulokset johtavat edelleen parannuksiin ja reaalimaailman teknologiasovelluksiin'', Aaron Mailman sanoo Jyväskylän yliopiston tiedotteessa.

Rodolphe Clérac taustoittaa: ''Ollakseni rehellinen, en miettinyt tutkimukseni sovelluksia ennen tätä työtä, sillä tiimini ja minä teemme perustiedettä, mutta minulle on nyt selvää, että voimme mahdollisesti käyttää näitä materiaaleja magneettielektroniikassa, magneettisissa antureissa ja tallennustekniikoissa, varsinkin kun paino on ongelma esimerkiksi älypuhelimissa tai satelliiteissa", hän toteaa.

Aiheesta aiemmin:

Magneettinen ja ei-magneettinen materiaali