Uma colaboração canadense-finlandesa levou à descoberta de um novo composto magnético no qual dois íons de disprósio metálico magnético são ligados por dois radicais orgânicos aromáticos, formando uma ligação em forma de panqueca. Os resultados deste estudo podem ser utilizados para melhorar as propriedades magnéticas de compostos semelhantes. A investigação teórica do estudo foi realizada pelo Academy Research Fellow Jani O. Moilanen da Universidade de Jyväskylä, enquanto o trabalho experimental foi realizado na Universidade de Ottawa nos grupos dos Profs. Muralee Murugesu e Jaclyn L. Brusso. Os resultados da pesquisa foram publicados no conhecido periódico de química - Fronteiras da Química Inorgânica em julho de 2020 - com a arte da capa.

Os ímãs são usados ​​em muitos dispositivos eletrônicos modernos, desde telefones celulares e computadores a dispositivos de imagens médicas. Além dos ímãs tradicionais à base de metal, um dos atuais interesses de pesquisa no campo do magnetismo tem sido o estudo de ímãs de uma única molécula consistindo de íons metálicos e ligantes orgânicos. As propriedades magnéticas dos ímãs de uma única molécula são puramente de origem molecular, e foi proposto que, no futuro, ímãs de molécula única podem ser utilizados no armazenamento de informações de alta densidade, eletrônica baseada em spin (spintrônica), e computadores quânticos.

Infelizmente, a maioria dos ímãs de molécula única atualmente conhecidos apenas exibem suas propriedades magnéticas em baixas temperaturas próximas do zero absoluto (? 273 ° C), o que impede sua utilização em dispositivos eletrônicos. O primeiro ímã de molécula única que reteve sua magnetização sobre o ponto de ebulição do nitrogênio líquido (? 196 ° C) foi relatado em 2018. Este estudo foi um avanço considerável no campo dos materiais magnéticos, pois demonstrou que os ímãs de molécula única funcionando em temperaturas mais altas também podem ser obtidas.

Excelentes propriedades magnéticas do composto relatado nas temperaturas elevadas originadas da estrutura tridimensional ideal do composto. Em teoria, Princípios de projeto semelhantes poderiam ser usados ​​para ímãs de molécula única contendo mais de um íon metálico, mas controlar a estrutura tridimensional de compostos multinucleares é muito mais desafiador.

Radicais orgânicos de ponte foram utilizados no novo composto

Em vez de controlar totalmente a estrutura tridimensional do composto relatado, uma estratégia de design diferente foi utilizada neste estudo.

"Como íons disprósio, radicais orgânicos também têm elétrons desemparelhados que podem interagir com elétrons desemparelhados de íons metálicos. Assim, radicais orgânicos podem ser usados ​​para controlar as propriedades magnéticas de um sistema junto com íons metálicos. Radicais orgânicos particularmente interessantes são os de ponte, pois podem interagir com vários íons metálicos. Empregamos essa estratégia de design em nosso estudo, e surpreendentemente, sintetizamos um composto onde não apenas um, mas dois radicais orgânicos uniram dois íons disprósio, bem como formaram uma ligação em forma de panqueca por meio de seus elétrons desemparelhados, "O Prof. Muralee Murugesu da Universidade de Ottawa esclarece.

"Embora a formação do vínculo em panqueca entre dois radicais seja bem conhecida, esta foi a primeira vez que a ligação em forma de panqueca foi observada entre dois íons de metal. A interação entre radicais orgânicos é muitas vezes referida como ligação de panqueca porque a estrutura tridimensional dos radicais orgânicos em interação se assemelha a uma pilha de panquecas, "Prof. Jaclyn L. Brusso da Universidade de Ottawa diz.

O vínculo da panqueca no novo composto era muito forte. Portanto, os elétrons desemparelhados dos radicais orgânicos não interagiram fortemente com os elétrons desemparelhados dos íons disprósio e o composto funcionou como um ímã de molécula única apenas em baixas temperaturas. Contudo, o estudo abre caminho para a nova estratégia de design para novos ímãs multinucleares de molécula única e deu início a pesquisas adicionais.

"Os métodos de química computacional forneceram informações importantes sobre a estrutura eletrônica e as propriedades magnéticas do composto que podem ser utilizadas em estudos futuros. Ao escolher o tipo certo de radicais orgânicos, podemos não apenas controlar a natureza da ligação em forma de panqueca entre os radicais, mas também melhorar as propriedades magnéticas do composto em geral, "Comentários do Pesquisador da Academia Jani O. Moilanen da Universidade de Jyväskylä.