Estudi teòric del magnetisme en cristalls moleculars: mecanismes d'interacció i empaquetament

Abstract

Els materials magnètics són molt importants en el desenvolupament de la tecnologia actual. Durant molts anys, la recerca científica en magnetisme ha estat dirigida a l'estudi de les propietats magnètiques dels elements i dels seus aliatges en funció de la temperatura, amb l'objectiu d'optimitzar el cost i la densitat magnètica utilitzable tecnològicament. El progrés en aquest camp ha estat obstaculitzat pel fet que el magnetisme a nivell molecular no s'entén d'un manera adequada. Aquest és el motiu per al qual, avui en dia, hi ha una clara tendència a estudiar els fenòmens magnètics a nivell microscòpic. El perquè d'aquesta tendència és molt senzill: si es controlessin els principis moleculars que regeixen el magnetisme, seria factible el disseny i la síntesi de nous materials magnètics. Ara bé, d'entre tots els materials magnètics, el camp dels materials magnètics purament orgànics de base molecular és el més interessant des del punt de vista teòric, atès el grau de control que s'ha assolit en la seva síntesi i a la dificultat per entendre el mecanisme de la seva interacció magnètica. Aquest tipus de materials combinaran les propietats inherents dels compostos orgànics amb propietats magnètiques; per tant es podran usar en aparells òptics per manipular la llum polaritzada, dissenyar magnets que no siguin conductors elèctrics o crear possibles aplicacions biomèdiques, com per exemple agents de contrast selectiu en RMN o per dirigir l’aplicació de determinats medicaments. Totes aquestes propietats i possibles aplicacions van motivar l’estudi d’una de les famílies de compostos més interessants i millor documentades en el camp del ferromagnetisme orgànic: la dels derivats alfa-nitronil-nitròxid. Totes aquestes molècules tenen electrons desaparellats (en general, son doblets), fet que permetrà que, en agrupar-se formant un sòlid, aquest solid pugui presentar magnetisme. Depenent de com s'agrupin, l'estat electrònic resultant serà d'alt spin (ferromagnètic) o de baix spin (anti-ferromagnètic). Així doncs, l'empaquetament cristal·lí d'aquests radicals lliures persistents decidirà si les interaccions ferromagnètiques intermoleculars es poden propagar arreu del cristall. En conseqüència, el primer objectiu d'aquest treball ha estat posar a punt un procediment sistemàtic per racionalitzar l'estructura de qualsevol cristall molecular. Aquesta racionalització implica, alhora, un estudi adequat a nivell MP2 de l'energia d'interacció dels contactes intermoleculars existents dins dels cristalls.