Английским химикам удалось поднять температуру, при которой наблюдаются магнитные свойства у отдельных молекул, с 14 до 60 кельвинов, что вплотную приближается к температуре жидкого азота. Это открытие ускоряет приближение устройств для магнитного хранения информации на основе молекулярных магнитов. Работа опубликована в Nature.

Хранение информации в современных магнитных носителях информации осуществляется с использованием материалов с выраженным магнитным гистерезисом. Запись информации происходит благодаря тому, что при выключении внешнего поля у магнитного элемента сохраняется магнитный момент. Размер хранения одного бита информации при этом ограничивается размером магнитного домена. Поэтому стремление к увеличению плотности записи привлекло внимание к молекулярным магнитам. Оказалось, что комплексные соединения некоторых металлов тоже проявляют магнитные свойства и обладают выраженным магнитным гистерезисом. В отличие от кристаллических материалов, магнитные свойства в них носят квантовый характер. Основная же проблема использования молекулярных магнитов для хранения информации состоит в том, что проявление магнитных свойств для них характерно только при очень низких температурах: максимальная температура, при которых можно измерить остаточную намагниченность, до настоящего дня не превышала 14 кельвинов для комплексов на основе тербия.

Петли магнитного гистерезиса для комплекса на основе диспрозоцена при температурах от 2 К (зеленая кривая) до 30 К (белая кривая). Conrad A. P. Goodwin et al./ Nature, 2017

В своей новой работе английские химики исследовали магнитные свойства металлоорганического комплекса на основе диспрозоцена. Исходя из рентгеноструктурных расчетов, сделанных для такого комплекса, удалось показать, что он будет обладать осью легкой намагниченности и, соответственно, магнитным гистерезисом. Особая сложность работы заключалась в том, что для диспрозия не характерно образование металлоценов — «сэндвичевых» комплексов металлов с циклопентадиенами. Однако химики смогли найти такую схему синтеза, при которой удалось стабилизировать пятичленные циклы вокруг диспрозия. И именно это, по словам исследователей, и привело к значительному повышению температуры, при которой можно наблюдать у такой молекулы магнитные свойства.

Схема синтеза молекулярного магнита на основе диспрозоцена. Conrad A. P. Goodwin et al./ Nature, 2017

Действительно, магнитные измерения подтвердили, что магнитные свойства этого соединения проявляются вплоть до 60 кельвинов, при этом остаточная намагниченность, измеренная при 2 кельвинах, составила 83 процента (для ранее известных соединений при тех же условиях она не превышала 11 процентов). Для того, чтобы подтвердить природу найденного магнитного гистерезиса, ученые провели дополнительные измерения динамики магнитной релаксации и показали, что она определяется оптическими фононами, что характерно как раз для мономолекулярных магнитов.

Полученные результаты говорят о том, что при правильном подходе к поиску и синтезу молекулярных магнитов, уже в скором времени можно будет поднять температуру их работы до температуры жидкого азота. А это поможет резко увеличить плотность записи информации.

Ранее физикам удавалось добиться максимально возможной плотности магнитной записи информации (1 бит на 1 атом), но только для температуры 1,2 кельвина. Кроме того, для повышения плотности записи информации предлагают методы, основанные и на дргуих принципах.

Автор: Александр Дубов