Imán monomolecular

Vista superior del Mn12, llamado «la Drosophila de las moléculas imán».

Los imanes monomoleculares (en inglés: single-molecule magnet) o moléculas imán son sistemas en los que se puede obtener magnetización permanente e histéresis magnética (normalmente, a temperaturas extremadamente bajas), no a través de un ordenamiento magnético tridimensional, sino por un fenómeno puramente monomolecular.

El nombre de imán no es estrictamente adecuado, ya que los imanes reales implican a un número muy grande de centros acoplados. Sin embargo, la comunidad científica lo ha adoptado por ser evocativo de las propiedades magnéticas de este tipo de moléculas.

Los requisitos que se citan comúnmente para que un sistema se comporte así son:

La combinación de estas propiedades pueden llevar a una barrera energética tal que, a bajas temperaturas, el sistema quede atrapado en uno de los valles energéticos de alto espín.

Los imanes moleculares exhiben un producto de susceptibilidad magnética por temperatura que crece al bajar la temperatura, y pueden ser caracterizados por un desplazamiento, tanto en posición como en intensidad, del pico en susceptibilidad magnética a.c..

El primer imán molecular fue el Mn12, un complejo dodecanuclear de manganeso, que se mantiene por puentes oxo y aniones acetato; actualmente existen una multitud de sistemas y estrategias para desarrollarlos, no solo con metales de transición sino también con lantánidos.[1]​

Los imanes moleculares son interesantes tanto desde un punto de vista puramente teórico, por su comportamiento cuántico,[2]​ y desde un punto de vista práctico (aún en etapa especulativa) tanto como candidatos a qubits para computación cuántica,[3]​ como para enfriar sistemas a temperaturas muy bajas (por debajo de 1 K).

Imán de base molecular

Un imán de base molecular es un material molecular que presenta histéresis magnética de origen cooperativo, como los imanes tradicionales (óxidos metálicos). Los imanes orgánicos, por ejemplo, son imanes moleculares.

Historia

Diagrama de cajas de la temperatura de bloqueo (temperatura máxima de histéresis magnética) frente al año de publicación para moléculas imán basadas en un solo ion lantánido.[4]​

Aunque el término «imán de una sola molécula» (single-molecule magnet) se empleó por primera vez en 1996,[5]​ el primer imán monomolecular se reportó en 1991.[6]​ El complejo Mn12O12(MeCO2)16(H2O)4 complejo (Mn12Ac16), descrito por vez primera en 1980,[7]​ muestra una baja relajación de la magnetización a bajas temperaturas. Este compuesto de óxido de manganeso presenta un cubo central Mn(IV)4O4 rodeado por un anillo de 8 unidades de 8 Mn(III) conectadas a través de ligandos oxo de puente.[8]​

En 2006 se conoció que la distorsión estructural deliberada de un compuesto de Mn6 mediante el uso de un núcleo derivado de la salicilaldoxima cambia el intercambio magnético intra-triangular de antiferromagnético a ferromagnético resultando en un estado fundamental S = 12.[9]​

Se registró una magnetización récord en 2007 para [Mn(III)6O2(sao)6(O2CPh)2(EtOH)4], con S = 12, D = -0.43 cm−1, y por eso U = 62 cm−1 u 86 K[10]​ a una temperatura de bloqueo de 4,3 K. Esto se consiguió reemplazando los ligandos de acetato (OAc) por la salicilaldoxima más voluminosa, distorsionando así la esfera del ligando de manganeso. Se preparó mezclando perclorato de manganeso, sal de sodio del ácido benzoico, un derivado de salicilaldoxima y el hidróxido de tetrametilamonio en agua y recogiendo el filtrado.

En 2011, la Universidad de Nottingham informó que un complejo dinuclear de uranio empobrecido podría ser confundido con un imán monomolecular por el químico Stephen Liddle.[11]​

Referencias

  1. ↑ Sessoli, R.; Powell, A.K. (2009). «Strategies towards single molecule magnets based on lanthanide ions». Coordination Chemistry Reviews 254. pp.2328-2341. 
  2. ↑ Bertaina, S.; Gambarelli, S.; Mitra,T.; Tsukerblat,B.; Müller,A.; Barbara,N, Quantum oscillations in a molecular magnet, Nature, 453, 208, 203-207
  3. ↑ Stepanenko, D.; Trif, M; Loss, D., Quantum computing with molecular magnets, Inorganica Chimica Acta, 361, 2008, 3740-3745
  4. ↑ SIMDAVIS: Single Ion Magnet Data Visualization dashboard
  5. ↑ Aubin, Sheila M. J.; Wemple, Michael W.; Adams, David M.; Tsai, Hui-Lien; Christou, George; Hendrickson, David N. (1996). «Distorted MnIVMnIII3Cubane Complexes as Single-Molecule Magnets». Journal of the American Chemical Society 118 (33): 7746. doi:10.1021/ja960970f. 
  6. ↑ Caneschi, Andrea; Gatteschi, Dante; Sessoli, Roberta; Barra, Anne Laure; Brunel, Louis Claude; Guillot, Maurice (1991). «Alternating current susceptibility, high field magnetization, and millimeter band EPR evidence for a ground S = 10 state in [Mn12O12(Ch3COO)16(H2O)4].2CH3COOH.4H2O». Journal of the American Chemical Society 113 (15): 5873. doi:10.1021/ja00015a057. 
  7. ↑ Lis, T. (1980). «Preparation, structure, and magnetic properties of a dodecanuclear mixed-valence manganese carboxylate». Acta Crystallographica Section B 36 (9): 2042. doi:10.1107/S0567740880007893. 
  8. ↑ Chemistry of Nanostructured Materials; Yang, P., Ed.; World Scientific Publishing: Hong Kong, 2003.
  9. ↑ Milios, Constantinos J.; Vinslava, Alina; Wood, Peter A.; Parsons, Simon; Wernsdorfer, Wolfgang; Christou, George; Perlepes, Spyros P.; Brechin, Euan K. (2007). «A Single-Molecule Magnet with a "Twist"». Journal of the American Chemical Society 129 (1): 8-9. PMID 17199262. doi:10.1021/ja0666755. 
  10. ↑ Milios, Constantinos J.; Vinslava, Alina; Wernsdorfer, Wolfgang; Moggach, Stephen; Parsons, Simon; Perlepes, Spyros P.; Christou, George; Brechin, Euan K. (2007). «A Record Anisotropy Barrier for a Single-Molecule Magnet». Journal of the American Chemical Society 129 (10): 2754-5. PMID 17309264. doi:10.1021/ja068961m. 
  11. ↑ Czyzewski, Andrew (9 de mayo de 2011). «News: Compound is an attractive prospect». The Engineer (Centaur Communications). Archivado desde el original el 4 de marzo de 2016. Consultado el May 26, 2013 (from HighBeam Research). 

Enlaces externos