一种新型磁性分子可能为可以像塑料一样弯曲和弯折的计算机内存指明方向。一个研究小组合成了三种碳基(有机)镍化合物,这些化合物在室温下会自发磁化——这是一种极其罕见的发现。如果研究人员能够弄清楚这些材料是如何形成的以及如何控制这个过程,他们也许能够将类似的化合物变成柔韧的磁性塑料。
不列颠哥伦比亚省维多利亚大学的化学家罗宾·希克斯说,过去的磁性有机材料的例子要么在空气中不稳定,要么主要由金属制成,使得它们不适合连接成塑料。他是本周《自然》杂志上报道这一发现的研究的主要作者。“在实际制造在室温下具有磁性的分子方面,成功的案例相对较少,”他说。
新的分子本身不能制成塑料,因为它们会结块成不溶解的松散粉末。但希克斯说,发现三种相关的分子表明还有许多其他分子等待被发现。“原则上,我们有能力以相对微妙的方式改变有机物的结构,”他说,例如使其更易溶。
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这一发现部分是偶然的。研究人员将富含有机氮的化合物与镍原子和水混合。通常在这样的反应中,多个有机分子会附着到每个金属离子上,因此应该只需要相对少量的镍。但希克斯说,他的博士后研究员拉贾萨潘·贾恩注意到化学物质在反应中没有完全用完,所以他们不断添加镍以观察会发生什么。最终,他们在试管中得到了一种泥状粉末。
克拉克大学的实验物理学家克里斯托弗·兰迪说,该小组似乎发现了一条全新的磁性分子途径,他没有参与这项研究。
尽管希克斯的团队无法确定分子的确切结构或它们的形成方式,但他们发现,在这种情况下,每个有机分子最终都带有两个镍原子。希克斯说,磁性可能源于镍离子上的一个孤立的(未配对的)电子,因此镍离子将带正电荷,以及有机分子上的另一个电子,使其带负电荷。
要具有磁性,分子必须具有孤立的电子,这些电子就像微小的条形磁铁。通常,电子会配对并相互抵消磁性,但希克斯说,实验中使用的有机分子经过选择,因为它们可以容忍额外的电子。
“这是 10 年来的第一个重大进步,这就是令人鼓舞的地方,”兰迪说。“将会有很多化学家回到实验室。”