Anizotropinis disprosas | gamtos chemija

Anizotropinis disprosas | gamtos chemija

Anonim

Dalykai

  • Geochemija
  • Magnetinės savybės ir medžiagos

Dante Gatteschi, pradedant nuo archetipinio ir pavadinimais neįmanomo retųjų žemių elemento ištakų, paaiškina, kodėl disprosas ir kiti lantanidai paskatino molekulinio magnetizmo rinką.

Kodėl reikėtų domėtis disprosiumu? Kaip retųjų žemių elementų narys, Giuseppe Verdi ir Francesco Maria Piave apibūdinęs meilę „ La Traviata“ , yra „ croce e delizia“ : prakeikimas ir palaiminimas. Dėl retųjų žemių junginių cheminių savybių panašumo sunku atskirti jų elementus, todėl reikėjo naudoti didelius mineralų kiekius. 1920 m. Ir 1930 m. Florencijos universiteto Luigi Rolla laboratorija buvo viena iš vietų, kur buvo aktyviai vykdomas retųjų žemių atskyrimas. Taip pat buvo teigiama, kad jis turi izoliuoti kitą elementą, kurio numeris 61, preliminariai vadinamas florencija, tačiau bandymai patvirtinti jo buvimą gryna forma nepavyko. Dizprosiumas, kuriam 2011 m. Yra 125-osios sukakties metinės, yra skolingas dėl šių sunkumų: „Iš graikų kalbos dis “ reiškia „sunku“ ir prositos reiškia „patekti“.

Image

Vaizdas: © MARK J. WINTER / MOKSLO FOTO BIBLIOTEKA

Retųjų žemių, kaip ir jų cheminių, magnetinės savybės priklauso nuo 4 f orbitų (paveikslėlyje), kurios tik silpnai sąveikauja su aplinka, pobūdžio. Elektronų magnetines savybes lemia sukiniai ir orbitalės komponentai. Sukimas yra izotropinis, o orbitalinis komponentas atspindi sistemos simetriją ir gali būti anizotropinis. F elektronų orbitos momentas yra beveik neišsekęs, todėl magnetinės savybės yra labai anizotropinės.

Dysprosium yra geras pavyzdys, kaip anizotropinės sąveikos sukelia įdomias savybes, kurias vėliau galima naudoti programose. Jo lydinys su geležimi ir terbiumi turi didžiausią magnetostrikciją kambario temperatūroje - tai yra, keičiant dydį, veikiamas magnetinio lauko. Dysprosiumo magnetinės savybės taip pat gali būti panaudotos atliekant magnetinio rezonanso tomografiją - jis gali būti naudojamas kaip kontrastinė medžiaga, kai derinamas su chelatų ligandais.

Pastaruoju metu padidėjo susidomėjimas dysprosium (III) jonų magnetinėmis savybėmis kartu su susidomėjimu molekuliniu magnetizmu. Dešimtajame dešimtmetyje mano ir kitos grupės dalyvavo kuriant molekules turinčius magnetus: birius magnetus, pagrįstus molekulėmis, o ne metalais ir oksidais, kurie randami gamtoje.

Prisimindami 60 metų senumo retųjų žemių Florencijos tradicijas, nusprendėme pamėginti išnaudoti lantanidų magnetines savybes. Pradėjome nuo gadolinio, kurio indėlis į orbitą yra visiškai užgesęs, ir disprosiumo kaip anizotropinio jono pavyzdžio. Kodėl disprosas, o ne, tarkime, tulis? Racionalaus dizaino nebuvo daug: vienas iš jų tiesiog turėjo būti pirmas. Su šiek tiek nustebimo nustatėme, kad medžiaga dysprosiumo pagrindu, užsakoma kaip tūrinis magnetas, esant labai artimai mangano pagrindo temperatūrai (C. Benelli, A. Caneschi, D. Gatteschi ir R. Sessoli, Adv. Mater. 4), 504–505; 1992). Manoma, kad medžiaga, turinti mangano, turės stipresnę sąveiką tarp magnetinių konstrukcinių blokų, todėl šie rezultatai parodė, koks yra disprosio anizotropijos vaidmuo molekulinių magnetų magnetinėse savybėse.

Tarp galimų magnetinės anizotropijos rūšių, kurios palaiko magnetizacijos orientaciją išilgai lengvos ašies, Isingo anizotropija parodė savo svarbą „vienmolekuliniuose magnetuose“ (SMM) - molekulinėse sistemose, kuriose didžioji anizotropija blokuoja magnetizacijos atsipalaidavimą, transformuodama kiekviena molekulė į mažą magnetą. Buvo „aukso pylimas“, o lantanidai buvo priešakyje, kai buvo išsiaiškinta, kad tarp dviejų ftalocianinato žiedų esantys disprosio jonai elgiasi kaip SMM (N. Ishikawa Polyhedron 26, 2147–2153; 2007). Kitos sistemos, turinčios iki trijų disprosiumo jonų, pasižymėjo išskirtinėmis savybėmis, susijusiomis su anizotropija, didesne už mainų sąveiką. Tai atveria naujas galimybes kaupti informaciją sukinio išdėstymo chirališkume be jokio grynojo magnetinio momento.

Rezultatai parodė disprosio potencialą molekuliniame magnetizme, pabrėždami faktą, kad nors sąveika su lantanidais yra silpna, magnetinė anizotropija gali suteikti naujų savybių. Šios savybės dabar aktyviai tiriamos atliekant molekulinę spintroniką - tiriant galimybes kurti naujas elektronikas naudojant molekules. Tačiau norint priartėti prie šių molekulių taikymo naujiems spintroniniams tikslams, reikia pereiti prie išsamių kvantinių mechaninių tyrimų, siekiant racionalizuoti retųjų žemių elektroninę ir magnetinę struktūras.

Pradinis klausimas „kodėl reikėtų domėtis disprosiumu?“ Tapo „kodėl reikėtų domėtis magnetine anizotropija?“. Mano tvirtas požiūris yra, kad chemikai turi atkreipti dėmesį į visus struktūros ir savybių koreliacijos aspektus. Atrodė, kad metalinių jonų magnetinių kambario temperatūros magnetinių momentų racionalizavimas egzotikos metu buvo aptiktas molekulinis magnetizmas. Norint paversti tokias sąvokas kaip magnetinė anizotropija, realiais objektais reikia spręsti sudėtingesnius reiškinius ir reikia chemijos.