Крошечные магниты, состоящие всего из единственной молекулы, имеют огромный потенциал для их использования в технологиях записи и хранения информации, ведь возможность записи одного бита информации в одну молекулу позволит кардинально увеличить емкость хранилищ наших компьютеров. И недавно ученым из университета Оттавы (Канада) удалось синтезировать молекулу-магнит, точнее целую сложную молекулярную систему, обладающую рекордным значением показателя магнитной жесткости, что делает эту молекулу самым стабильным молекулярным магнитом на сегодняшний день. А основой этой молекулы являются атомы некоторых редкоземельных металлов и весьма своеобразные молекулярные "мосты" на базе атомов азота.
Упомянутый выше термин "магнитная жесткость" определяет пригодность молекулы для использования в качестве магнитного носителя данных. Физически же это значение зависит от способности электронов атомов молекулы к намагничиванию, выравниванию направления и плоскостей вращения электронов, и способности к сопротивлению размагничиванию. Физики и химики, работающие над созданием молекулярных магнитов, для получения высокого значения магнитной жесткости уже достаточно давно используют атомы различных металлов, магнитные свойства которых связаны друг с другом посредством специальных молекулярных "мостов".
Мосты, которые используются в молекулах-магнитах, должны удовлетворять сразу нескольким критериям, они должны достаточно легко синтезироваться и подходить для соединения атомов различных металлов. Самым распространенным типом моста является мост радикала динитрогена - два атома азота с дополнительным электроном. Такой мост очень хорошо подходит для соединения атомов редкоземельным металлов, но его синтез очень трудно контролировать, а его использование не дает ученым никакой вариативности.
Для обхода упомянутых выше проблем с азотными мостами, канадские ученые использовали двойной динитрогеновый мост, который содержит не два, а четыре атома азота. Такие двойные мосты были соединены с атомами редкоземельных металлов, диспрозия и гадолиния, четыре атома которых сформировали молекулу в форме квадрата. Ученым даже удалось кристаллизовать новый материал, который выпал в виде хлопьев темно-красного цвета, имеющих форму призмы.
Как уже упоминалось выше, новые молекулы имеют очень высокое значение показателя магнитной жесткости, что делает их самыми стабильными молекулярными магнитами на сегодняшний день. Ученые считают, что такие выдающиеся магнитные свойства новая молекула получает в результате сильного магнитного сцепления атомов металла и огромного спина молекулы в целом, который является суммой спинов входящих в молекулу атомов.
Отметим, что более сильный уровень магнитного сцепления продемонстрировала лишь аналогичная молекула, созданная во время предыдущего эксперимента, в которой были использованы простые мосты из динитрогена. Однако, такие молекулярные магниты обладали меньшей универсальностью и гораздо меньшей стабильностью, чем новые молекулы с двойными динитрогеновыми мостами.
К сожалению, новый тип молекулярного магнита в силу многих причин вряд ли когда-нибудь будет использован в реальных устройствах записи и хранения информации. Однако технологии, использованные для синтеза, могут быть с успехом также использованы для производства молекулярных комплексов с еще большим количеством металлических атомов, которые будут обладать огромным значением их суммарного спина. И уже такие комплексы можно будет использовать в качестве отдельных ячеек магнитной памяти, которая будет обладать недостижимыми на сегодняшний день показателями информационной плотности.