Результаты исследования команды были опубликованы сегодня в Интернете в журнале Nature Communications.Миниатюризация процессоров приближается к пределам физических возможностей.
В то же время глобальное потребление энергии с помощью информационных и коммуникационных технологий постоянно растет, что требует новых подходов для обработки растущего объема данных. Магнитные молекулы обеспечивают решение этой проблемы. Они могли бы заменить обычные электронные компоненты, такие как диоды или транзисторы. Однако, в отличие от этих компонентов, ими можно управлять с помощью минимального напряжения, что резко снижает потребление энергии, и они имеют гораздо более сложные функции переключения, которые зависят от магнетизма молекул.
Магнитные молекулы действуют как крошечные магниты и способны обрабатывать информацию в виде электрических сигналов. Они всегда имеют одинаковое количество атомов, могут быть разработаны специально для различных функций и могут производиться с минимальными затратами в идентичной форме снова и снова. Чтобы использовать эту «молекулярную спинтронику» в технических приложениях, магнитная структура молекул должна быть эффективно защищена от воздействий окружающей среды, но в то же время она должна быть доступна для электрического тока.
«Можно сказать, что электрический ток и магнетизм должны сообщаться друг с другом», — говорит д-р Даниэль Бурглер из Forschungszentrum Julich и исследовательского альянса Julich Aachen Research Alliance. Группа физиков, расположенная в Юлихе и Аахене, создала молекулу, которая удовлетворяет этим требованиям: «Во фталоцианине неодима те же электроны, которые вызывают магнетизм, также участвуют в переносе электронов», — объясняет Бурглер. Исследователи смогли продемонстрировать это, сравнив смоделированные данные с экспериментальными значениями.Металлический неодим — редкоземельный металл.
Молекулы, содержащие атомы редкоземельных элементов и фталоцианины, которые можно найти в природе в виде пигментов листьев, считаются особенно стабильными и очень эффективно защищают магнитное состояние центральных атомов редкоземельных элементов. Однако электрическое считывание магнитного состояния непосредственно с этих молекул в прошлом не удавалось.
Из-за электрического контакта этих молекул магнитная структура практически не влияла на электрический ток.Чтобы определить подходящий атом редкоземельного элемента, исследователи сначала проанализировали распределение электронов, летающих вокруг атомов, как облако. Только некоторые электроны создают магнитную структуру.
Они должны быть расположены достаточно глубоко в электронном облаке, чтобы на них не влияло влияние окружающей среды. При этом они не должны располагаться настолько глубоко, чтобы препятствовать взаимодействию с электронами, проводящими электрический ток.
Неодим удовлетворяет этим требованиям, поскольку он легче других лантаноидов, а его электроны распределены в более крупном облаке.