The paradigm of magnetic molecule in quantum matter: Slow molecular spin relaxation

Анотація

Квантова природа одноіонних, одномолекулярних та одноланцюгових магнітних кластерів знаходить прояв у повільній релаксації та квантовому тунелюванні спінів за умов низьких температур. Повільна релаксація спінів, що підлягає залежності Арреніуса з оціненою ефективною енергією бар’єра U_eff = 50 cm^–1 була вперше неочікувано спостережена майже 30 років тому на парамагнітному комплексі Mn₁₂-ацетату, що містить іони марганцю змінної валентності, з’єднані оксі-місточками, за температур нижче температури блокування суперпарамагнітного стану T_B = 3 K. Відповідальна за гістерезис магнітна анізотропія, обумовлюється, на відміну від звичайних магнітних матеріалів, розщеплюванням у нульовому полі спінових станів магнітного іона, розташованого в полі ліганд, а також внаслідок спін-ґраткових взаємодій. Наступні дослідження на межі координаційної хімії, квантової фізики низьковимірних спінових систем та наноматеріалознавства були спрямовані на пошук можливостей підвищення характерних значень U_eff та T_B, а тим самим робочих температур і часів квантових кореляцій для застосування в квантових комірках пам’яті. Внаслідок такої потужної діяльності найкращі показники на сьогоднішній час становлять T_B ~ 80 К та U_eff ~ 1261 см^–1 для одноіонних магнетиків з іоном Dy^III. Величезна кількість першокласних досліджень та узагальнюючих оглядів в цій галузі свідчать про необхідність раціональної розробки магнітних молекул новітнього складу та конфігурацій на тлі наукових висновків про вплив внутрішніх та міжмолекулярних взаємодій на спінову релаксацію. Саме переваги використання молекул з магнітними центрами у геометрії метелика, зв’язуючі ціаномісточки, двомірні металоорганічні мережі, магнітно-металеві центри у вуглецевих фулеренах та безметалеві молекулярні структури, як то стабільні вільні радикали, нано-діаманти та двомірні графенові нанокластери, пригортають неабияку увагу науковців і технологів. Шлях від перших спостережень магнітної необоротності в магнітних молекулах, що визначає їхню назву, до практичних квантових застосувань відображено у вступному огляді через етапи унікальної діяльності Хуана Бартоломе з командою та нещодавні результати, опубліковані в цьому спеціальному випуску. Цим ми віддаємо щиру шану взаємодії між нашими інститутами, що була ним започаткована, принесла цікаві вагомі результати і має передумови для подальшого розвитку.