Älykkäitä molekyylejä antureille ja prosessoreille

Älykkäille materiaaleille, jotka voivat muuttaa fysikaalisia ominaisuuksiaan vasteena erilaisiin ulkoisiin ärsykkeisiin, kuten valoon, lämpöön, paineeseen, magneetti- ja sähkökenttiin, on kasvava kysyntä.

Yksi tällainen fysikaalinen ominaisuus on materiaalikompleksien magneettinen tila, joka riippuu elektronisista spin-tiloista. Näiden kompleksien metalliatomit voivat muuttaa spin-tilaansa – magneettisen ja ei-magneettisen konfiguraation välillä – vasteena valoon, lämpöön tai mekaaniseen paineeseen.

Kahdessa uudessa tutkimuksessa Intian tiedeinstituutin (IISc)

Apulaisprofessori Abhishek Mondal ja hänen tiiminsä raportoivat uusien kemiallisten kehysten – itsejärjestäytyvistä metalli-orgaanisista kerroksista (MOL) valmistettujen erittäin huokoisten kiteiden – synteesistä, jotka kykenevät palautuvaan magneettiseen kytkentään.

Tunnistinsovellusten lisäksi nämä kytkettävät materiaalit tarjoavat jännittäviä mahdollisuuksia tulevaisuuden kvanttiteknologioille. Materiaalit voivat vaihtaa palautuvasti kahden magneettisen tilan välillä, kun ne altistetaan valolle, lämmölle tai paineelle, aivan kuten pieni molekyylikytkin. Tämä kyky hallita magneettisia tiloja atomitasolla on tärkeä, koska se heijastaa kvanttiteknologioiden perusperiaatetta, jossa informaatiota voidaan tallentaa ja käsitellä täysin uusilla tavoilla. Vaikka käytännön kvanttitietokoneet ovat vielä kehitteillä, tällaiset löydöt tarjoavat tärkeitä rakenneosia seuraavan sukupolven edistyneille laskenta-, viestintä- ja tunnistusteknologioille.

”Vaikka nämä löydöt ovat vielä perustutkimusvaiheessa, ne vastaavat tärkeisiin globaaleihin haasteisiin”, Mondal sanoo. ”Nykyaikaiset datakeskukset ja elektroniset laitteet kuluttavat valtavia määriä energiaa.

Vaihtoehtoisten, tehokkaammin toimivien materiaalien kehittäminen voisi vähentää energiankulutusta ja edistää kestävämpiä teknologioita. Samoin materiaalit, jotka pystyvät toimimaan samanaikaisesti antureina, kytkiminä ja muistielementteinä, voivat yksinkertaistaa laitearkkitehtuureja ja alentaa valmistuskustannuksia.”

Huokoisina materiaaleina MOF-ohutkalvot ovat avainasemassa monissa potentiaalisissa sovelluksissa. Nyt tutkijat ovat osoittaneet, että näiden ohutkalvojen prototyypillä on täysin erilainen rakenne kuin aiemmin ajateltiin.

Grazin teknillisen yliopiston Roland Reselin ja Egbert Zojerin johtama ryhmä yhdessä Karlsruhen teknillisen instituutin kollegoiden kanssa on nyt ratkaissut tämän arvoituksen.

Nyt on kuitenkin käymässä ilmeiseksi, että tutkittu Cu(bdc)₂-ohutkalvo ei ole erittäin huokoinen, vaan se on tiheästi pakattu ja sisältää lisäksi hydroksidiryhmiä, jotka puuttuivat useimmista aiemmista malleista. Nyt tunnistettu huokoseton rakenne ei ainoastaan selitä materiaalin kemiallista kestävyyttä, vaan myös vahvistaa sen ferromagneettisen perustilan.

Tämä siirtää näiden kalvojen potentiaalisia sovelluksia kohti fysikaalisia ilmiöitä, joilla voisi olla merkitystä anturitekniikassa, mikroelektroniikassa tai magneettisissa tallennusjärjestelmissä.

Aiheista aiemmin:

Pienempiä piirikuvioita ja 2D komplementaarilogiikkaa

Askel kohti vihreämpiä valaistus- ja näyttöteknologioita

Vedenkestävät ja kierrätettävät redox-aktiiviset MOFit akkuihin