La professora de l’EUSS Elena Bartolomé juntament amb els investigadors de l’Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón (ICMA-CSIC) Ana Arauzo, Javier Luzón, Juan Bartolomé i Fernando Bartolomé, acaben de publicar un Review sobre “Relaxació Magnètica en Imants Moleculars basats en Lantànids”, Handbook of Magnetic Materials (HMM) del mes de novembre (vol. 26, p.1-289). La sèrie HMM és una reconeguda col·lecció de llibres de referència de l’editorial Elsevier, escrits per autors invitats, que tenen com a finalitat condensar l’estat de l’art en diversos temes emergents en l’àmbit del magnetisme.

Portada del llibre Handbook of Magnetic Materials, vol 26 de novembre 2017; esquema dels mecanismes de relaxació magnètica en els imants moleculars.

Els imants moleculars estan sent investigats intensament en els darrers anys a causa  de les seves interessants propietats físiques, així com per les potencials aplicacions n’emmagatzemen d’informació d’alta densitat i computació quàntica. En particular, les molècules que contenent lantànids són excel·lents candidats per aplicacions en spintronica, gràcies a l’anisotropia intrínseca d’aquests ions, que a més a més pot ser afavorida mitjançant un disseny químic adequat del seu entorn de coordinació. El desenvolupament d’unitats de memòria basades en imants moleculars requereix que s’estableixin dos estats estables (“0” i “1”) separats per una barrera d’energia suficientment elevada, i la relaxació magnètica ha de ser prou lenta per a permetre l’operació del sistema. Per això la comprensió i control dels mecanismes de relaxació es fonamental per al disseny de molècules amb les característiques desitjades.

 A) estructura molecular del [Dy(bbpen)Br], un dels SIMs amb major energia d’activació; B) estructura de nivells d’energia calculats per ab initio; c) i d) cicles de magnetització del complex pur i diluït, respectivament.

En aquest capítol del HMM, els autors presenten una revisió del tema, basada en 400 referències seleccionades aparegudes en els tres darrers anys. En les seccions 1, 2 i 3 es resumeix el coneixement que avui en dia es té sobre els mecanismes de relaxació magnètica en aquests complexos, i es presenten els mètodes experimentals i càlculs ab initio utilitzats per la seva investigació. Les seccions 5, 6, 7 i 8 revisen les arquitectures moleculars basades en lantànids més exitoses: Imants moleculars contenent un únic ió (Single-Ion Magnets-SIMs), dímers, clústers (Single-Molecule Magnets-SMMs) i estructures extenses 1D, 2D i 3D. La fabricació de dispositius passa necessàriament per el control de molècules dipositades sobre superfícies; la secció 9 revisa l’estat de l’art sobre el magnetisme de complexos dipositats. Finalment en la secció 10 s’ofereixen conclusions i perspectives de futur per aquest camp.

Gràcies al coneixement detallat entre l’estructura molecular i els mecanismes de relaxació, i el control de la química molecular, s’han pogut sintetitzar molt recentment SIMs amb barreres d’activació impressionantment altes, al voltant dels 1000 K, a temperatures de 60 K ja molt properes a la temperatura de 77 K que possibilitaria el funcionament pràctic dels dispositius en nitrogen líquid.

Energies d’activació remarcables assolides en complexos lantànids en els darrers anys.