Международный коллектив ученых предложил способ синтеза легких магнитов на основе хрома и органического соединения пиразина, сообщает Красноярский научный центр СО РАН. Полученные металлоорганические магниты сохраняют свои свойства при температурах до 242 °C и не размагничиваются достаточно мощным внешним магнитным полем при комнатной температуре. Полученный материал превосходит своими свойствами все известные синтетические молекулярные магниты и практически не отличается от традиционных неорганических магнитов.
Поиск новых синтетических магнитов вызван тем, что обычные металлические магниты сложно и энергетически дорого изготавливать в промышленных масштабах, а также с желанием получить магниты меньшего веса. Для этого создаются легкие магнитные материалы, в которых ионы металлов окружены органическими молекулами. Но до сих пор все полученные металлоорганические магниты не могли конкурировать с традиционными по способности сохранять магнитные свойства при комнатной температуре и внешнем магнитном поле.
Михаил Платунов, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Института физики им. Л.В. Киренского КНЦ СО РАН
Международный коллектив ученых из Франции, Испании, Финляндии, Великобритании и Дании, при участии старшего научного сотрудника Института физики им. Л. В. Киренского КНЦ СО РАН Михаила Платунова, сообщил о возможности получать металлорганические магниты из особым образом упорядоченных слоев ионов хрома, окруженных молекулами пиразина. В состав материала также входят ионы лития и хлора. Полученное соединение не теряет магнитные свойства при комнатной температуре при напряженностях внешнего магнитного поля до 7500 эрстед, что в тысячи раз превосходит напряженность магнитного поля Земли, и сохраняет намагниченность при температурах до 242 °C.
Чтобы поднять рабочую температуру синтетических магнитов, ученые заменяют нейтральные атомы, присоединенные к металлу, на группу атомов, свободно и без изменений переходящих из одного соединения в другое. Это позволяет связать парамагнитные ионы металлов сначала в пленки, а затем в объемные структуры. Новая работа стала результатом сотрудничества физиков и химиков. Ученым удалось проследить изменение валентности, а также структурных и магнитных свойств на уровне отдельных элементов. Примечательно, что в исследовании были использованы сверхчувствительные методы на основе синхротронных источников излучения, в частности, поляризационная спектроскопия рентгеновского поглощения. Такие подходы нужны для наблюдения за материалами, в которых напрямую невозможно определить степень окисления ионов металла и изучить их магнитные свойства.
«Такие материалы будут крайне востребованы в развивающейся сфере магнитной электроники, для разработки новых устройств записи информации или создания магнитных сенсоров. С методической точки зрения, в работе показано, что поляризованное рентгеновское излучение может зафиксировать тонкие эффекты в подобных структурах. Но принципиальный прорыв в том, что молекулярные магниты перестают быть игрушкой в руках ученых и могут быть полезны для разработчиков современной электроники», — рассказывает Михаил Платунов.
Результаты исследования опубликованы в журнале Science.
