magnete molecolare

magnete molecolare

magnète molecolare locuz. sost. m. – Materiale dotato di proprietà magnetiche assimilabili a quelle dei comuni ferromagneti (per es. ferro, cobalto, nichel), ma nel quale tali proprietà hanno origine dalle caratteristiche elettroniche delle molecole che lo compongono. La differenza rispetto ai magneti tradizionali sta nel fatto che in questi ultimi il comportamento magnetico si basa su una proprietà collettiva degli atomi, dotati di momento di spin non nullo, che costituiscono il solido, ed è quindi legato all'organizzazione di un gran numero di momenti magnetici atomici. I sistemi chimici molecolari che evidenziano comportamento magnetico si possono classificare in due categorie distinte: i magneti basati su molecole (molecule-based magnets) e i magneti a singola molecola (SMM, Single molecule magnets). Nel primo caso, il meccanismo con cui si determinano le proprietà magnetiche non è molto diverso da quello dei magneti tradizionali, essendo riconducibile alle interazioni tra numerosi centri di spin e dunque al loro comportamento collettivo. La differenza sta nel fatto che il materiale si compone di molecole, con legami chimici localizzati e direzionali, piuttosto che di atomi e ioni come avviene nei comuni cristalli ferromagnetici. Dal punto di vista chimico si tratta di composti organici o di coordinazione. L'aspetto interessante di questi sistemi sta nel fatto che essi uniscono le proprietà magnetiche alle caratteristiche tipiche delle molecole, quali per esempio il fatto di poter essere prodotti con metodi chimici in soluzione a temperature modeste (laddove i magneti comuni richiedono processi metallurgici o elettrochimici); inoltre, possono avere proprietà fisiche (densità, caratteristiche ottiche, elettriche, ecc.) diverse dai comuni magneti e regolabili in fase di progettazione e sintesi. Le temperature di Curie di questi materiali, comunque, sono generalmente molto basse. Nei magneti a molecola singola, che rappresentano i sistemi a cui guarda con maggiore interesse la ricerca, il comportamento magnetico è dovuto alla presenza di un numero limitato di atomi paramagnetici all'interno della singola molecola. La molecola manifesta quindi il suo magnetismo su scala individuale, realizzando un magnete virtualmente zerodimensionale. Tali molecole, dotate di elevato momento di spin, hanno la proprietà, una volta magnetizzate, di conservare la loro magnetizzazione per lungo tempo se mantenute alla temperatura di pochi K. Il tipo di magnetismo mostrato dagli SMM, associato alla presenza di una barriera dovuta all'anisotropia magnetica, è detto superparamagnetismo e si manifesta al di sotto di una temperatura detta temperatura di bloccaggio. Il prototipo degli SMM è il complesso dodecanucleare del manganese [Mn₁₂O₁₂(CH₃COO)₁₆(H₂O)₄]·4H₂O·2CH₃COOH (indicato brevemente come Mn12Ac), che contiene 8 ioni Mn(III) e 4 ioni Mn(IV) e può essere preparato facilmente per reazione di acetato di manganese e permanganato di potassio in acido acetico. Più recentemente, sono stati sintetizzati nanocluster contenenti un numero maggiore di atomi di manganese. I magneti a molecola singola sono oggetto di intense ricerche nell'ambito dell'elettronica molecolare, perché per le loro caratteristiche si prestano a funzionare come dispositivi innovativi di immagazzinamento ed elaborazione di dati.