_ Nou compus molecular proiectat cu tehnologii tehnologice aplicații la scară nanometrică

O echipă condusă de Laboratorul de Nanoștiință Moleculară al Facultății de Chimie de la Universitatea din Barcelona a proiectat un nou compus molecular pe bază de gadoliniu (Gd), un element chimic care poate genera un efect magnetocaloric, care prezintă un interes deosebit în domeniul magnetismului molecular și în proiectarea dispozitivelor cu aplicații tehnologice la scară nanometrică.

Lucrarea, publicată în Journal of Materials Chemistry A, este autorul profesorului. Carolina Sañudo, de la Facultatea de Chimie a UB și Institutul de Nanoștiință și Nanotehnologie (IN2UB), și include o mare parte din cercetările efectuate de Subodh Kumar, student la masterul UB în Nanoștiințe și Ph.D. student Guillem Gabarró, ambii co-autori ai lucrării.

Materialele bidimensionale (2D) sunt compuși care oferă performanțe excepționale pentru proiectarea heterostructurilor — îmbinarea diferitelor materiale cu proprietăți diferite — sau pentru dispozitive multifuncționale. Mai exact, noul compus se bazează pe gadoliniu (Gd), un element chimic de pământ rar care are șapte electroni nepereche și poate acționa ca un agent frigorific magnetic.

În studiu, echipa Laboratorului Molecular al UB. Nanoscience a pregătit un compozit 2D(III). Acest compus este prezentat sub forma unui material masiv de tip rețea de cationi metalici și liganzi organici (cadru metal-organic, MOF). O particularitate a compușilor Gd(III) este că aceștia sunt activi la temperaturi extrem de scăzute.

„Acest MOF este special pentru că este bidimensional. MOF-urile 2D sunt echivalente metalo-organice ale grafenului și, la fel ca acest compus, poate fi exfoliat în monostraturi sau în agregate a câtorva monostraturi la scara nanometrică”, spune Carolina Sañudo, profesor la Departamentul de Chimie Anorganică și Organică a UB.

În acest compus, fiecare Gd( III) ionul se comportă ca și cum ar fi un magnet cu o singură moleculă (SMM). Deoarece este un compus de rețea 2D, fiecare monostrat este o rețea ordonată de SMM-uri. În plus, are o entropie magnetică mare și un efect magnetocaloric (MCE) datorită faptului că conține Gd(III).

„Studiul acestor materiale magnetice multifuncționale presupune o sarcină multidisciplinară în care caracterizarea a materialelor prin diverse tehnici, cum ar fi magnetometria dc/ac, calorimetria, luminiscența și dicroismul circular magnetic cu raze X, este crucială”, notează Elena Bartolomé, cercetător la ICMAB-CSIC.

În lucrare, echipa a reușit să crească nanocristale ale compusului pe o suprafață de siliciu semiconductoare, un pas decisiv către capacitatea de a utiliza materiale moleculare în dispozitive pentru aplicații tehnologice.

Descoperirile noului studiu indică faptul că este posibil pentru a utiliza compuși de gadoliniu pentru răcirea magnetică în dispozitive. „Nu numai că am reușit să nanostructuram materialul pe un semiconductor, dar am demonstrat că efectul magnetocaloric este menținut la scară nanometrică, iar noul compus poate funcționa ca un lichid de răcire a suprafeței magnetice”, spune cercetătorul Carolina Sañudo.

Materialele cu zăbrele bidimensionale – sau MOF-urile 2D – au aplicații potențiale în funcție de metalul cu care sunt formate. Noul compozit are două proprietăți cheie: este o moleculă de magnet (SMM) și prezintă efect magnetocaloric (MCE). SMM-urile sunt molecule de magnet care pot fi aplicate ca alternative la miniaturizarea stocării informațiilor, unde fiecare moleculă sau ion Gd(III) acționează ca un bit.

A avea SMM-urile perfect ordonate în 2D prezintă multe avantaje pe care grupul de cercetare dorește să le exploateze în liniile viitoare de cercetare. În domeniul refrigerarii magnetice, nanocristalele depuse pe semiconductor pot fi folosite ca lichide de răcire de suprafață la temperaturi criogenice, proprietate de interes pentru a scădea temperatura în interiorul circuitelor sau dispozitivelor electronice.

Din 2020, UB Molecular Nanoscience Laboratory a lucrat cu compuși bazați pe elemente de pământuri rare, cum ar fi disproziu (Dy), terbiu (Tb) și europiu (Eu). "Compușii cu disprosiu sau terbiu sunt materiale reticulate 2D ale moleculelor de magnet. Cu terbiu, europiu sau amestecuri de terbiu și europiu putem obține și materiale foarte luminiscente care pot fi folosite ca cerneluri de securitate", conchide Sañudo.

(Fluierul)