Síntesis, caracterización y estudio en superficie de nanoimanes moleculares

Abstract

Los imanes unimoleculares presentan un estado fundamental de espín elevado y una marcada anisotropía magnética, dando lugar a una barrera energética para la interconversión del momento magnético. Por consiguiente, presentan una velocidad lenta de relajación de la magnetización que origina la observación de propiedades magnéticas interesantes características de los dominios magnéticos, tales como las curvas de susceptibilidad magnética ac fuera de fase y las curvas de histéresis magnética. Adicionalmente, y debido a tratarse de materiales mesoscópicos, formados por unos cientos de átomos, las curvas de histéresis muestran un aumento en la velocidad de relajación de la magnetización a campos resonantes atribuidos a fenómenos cuánticos de relajación por efecto túnel. El origen de estas propiedades magnéticas se deben a moléculas individuales y no a efectos de largo alcance, tal y como confirman los estudios de relajación de la magnetización y capacidad calorífica. <br/>Los imanes unimoleculares son sistemas moleculares monodispersos que presentan un tamaño perfectamente definido a escala nanométrica. Por consiguiente, son perfectos candidatos como sistemas de almacenamiento de alta densidad de información con aplicaciones en el campo computacional cuántico. Sin embargo, para disponer en un futuro de un ordenador cuántico a nivel molecular, es necesario el desarrollo de nuevas técnicas de detección rápida. En comparación con los métodos de medida magnética convencionales, las técnicas espectroscópicas permiten una mayor sensibilidad y rapidez de lectura, tal y como demuestran las medidas magneto-ópticas realizadas por dicroísmo circular magnético (MCD). Además, para generar memoria magnética a nivel molecular, simultáneamente, es preciso desarrollar métodos sistemáticos que permitan depositar de forma controlada en superficie moléculas individuales o bien agregados moleculares para ser utilizados como bits de información magnética. En base a estos estudios, la aplicación de técnicas litográficas blandas ha permitido controlar el tamaño, posición y geometría de los agregados de Mn12 en superficie, tras ser caracterizados mediante técnicas de microscopia de fuerzas atómicas (AFM) y magnéticas (MFM). Un ejemplo a destacar lo constituye la superficie de películas delgadas poliméricas, debido a la combinación de las propiedades magnéticas de los Mn12, como imanes unimoleculares, y las características físicas en las matrices poliméricas tales como la flexibilidad, transparencia y baja densidad, siendo estos sistemas compuestos magnéticos perfectos materiales con aplicaciones magneto-ópticas.

Single-molecule magnets (SMM) have a large-spin ground state with appreciable magnetic anisotropy, resulting in an energy barrier for the spin reversal. As a consequence, the observation of interesting magnetic properties occurs, such as out-of-phase ac magnetic susceptibility signals and stepwise magnetization hysteresis loops. In addition to resonant magnetization tunnelling, during the last few years several other interesting phenomena have also been reported. The origin of the slow magnetization relaxation rates as well as of other phenomena are due to individual molecules rather than to long-range ordering, as confirmed by magnetization relaxation and heat capacity studies. Therefore, SMM represent nanoscale molecular magnets of a sharply defined size with potential use in quantum computing applications and towards the realization of the ultimate high-density information storage devices. However, if a truly molecular computational device based on SMM is to be achieved, the development of new spectroscopic techniques to detect them rapidly, taking advantage of magneto-optical properties, as well as new systematic studies to address them properly on surfaces, are highly required. On the basis of this, patterning with Mn12 aggregates can be attained on surfaces by applying soft lithography techniques, thereby controlling their size, distance and geometry control. Surface characterization of Mn12 patterns have been studied by Atomic Force Microscopy (AFM) and Magnetic Force Microscopy (MFM) imaging. For instance, the surface of polymer thin films results particularly interesting because of the advantageous properties of polymer matrices, such as flexibility, transparency and low density, which make these magnetic materials potentially useful for magneto-optical applications.