Отправляет email-рассылки с помощью сервиса Sendsay
Общество → Наука → Новости науки

Клуб любителей космоса 751

Открытая группа
4590 участников
Администратор Adm-X
Администратор vladmiza

Важные темы:

Последние откомментированные темы:

20240426232048

←  Предыдущая тема Все темы Следующая тема →
Л.М. Топтунова
Привилегированный участник пишет:

Молекулярные магнетики, или Кристаллы, которые дышат, прыгают и меняют цвет

Еще не так давно термин «магнитноактивные материалы» ассоциировался почти исключительно с макрообъектами вроде кусков чистого железа, никеля, кобальта или сплава из этих металлов, чей магнетизм определяется атомарным уровнем, но никак не с отдельными сложными молекулами. Тем не менее, термин «молекулярные магнетики» прочно вошел в широкое употребление не только в научных кругах. Эти материалы представляют огромный интерес и для современных высоких технологий в разных областях: от фотоники, развивающейся на стыке оптики и электроники, до тераностики, создающей фармпрепараты сразу с двумя функциями — диагностической и терапевтической. Среди молекулярных магнетиков есть и такие, кристаллы которых способны, причем обратимо, менять свою форму при магнитном фазовом переходе. Необычное сочетание свойств не только делает их уникальными исследовательскими объектами, но и открывает перспективы практического использования.

Магнетизм, который в быту воспринимается как притяжение или отталкивание между телами, — фундаментальное свойство материи, известное с глубокой древности. Еще в III веке до н. э. китайцы использовали кусочки постоянных магнитов при создании первого компаса — прибора для ориентации, учитывающего земной магнетизм. Физики определяют магнетизм как особую форму взаимодействия, возникающего между движущимися электрически заряженными частицами. Сегодня устройства, основанные на электромагнитных явлениях, распространены настолько широко, что представить себе современную жизнь без них просто невозможно.

При этом с внешним магнитным полем способны так или иначе взаимодействовать не только постоянные магниты (ферромагнетики), но и все остальные вещества. Часть из них (а это подавляющее большинство органических и высокомолекулярных соединений) ослабляет поле (диамагнетики), другая — усиливает (парамагнетики).

Магнетизм — явление, присущее макрообъекту как фазе. Однако его природа определяется магнитными свойствами отдельных частиц, атомов или молекул. Диамагнетики имеют заполненные электронные оболочки: все электроны у них спарены, при этом их спины направлены в противоположные стороны и компенсируют друг друга. Следовательно, в обычных условиях такие тела не имеют собственного магнитного момента. Под действием внешнего магнитного поля электроны, которые можно представить как маленькие проводники, начинают прецессировать (условно говоря, менять направление оси вращения), а, как известно, любое движение электрического заряда порождает магнитное поле. Можно представить, что в неоднородном магнитном поле на диамагнетик действует сила, как бы выталкивающая его из поля, а вот на парамагнетик, напротив, — втягивающая.

Парамагнетики характеризуются наличием неспаренных электронов, поэтому их собственный магнитный момент ничем не уравновешен. Во внешнем магнитном поле спины этих «одиночек» стремятся выстроиться по направлению поля, усиливая его, хотя этот порядок и нарушается хаотическим тепловым движением. Следовательно, парамагнитная восприимчивость зависит от температуры: чем она ниже, тем выше будет намагниченность.

Если же говорить о молекулярных магнетиках, то второе слово используется в обычном смысле, а вот первое отражает методологию подхода. В случае молекулярных магнетиков исходные отдельные молекулы (и/или ионы) должны обладать таким строением, чтобы при образовании твердой фазы сформировать пространственную структуру, благоприятную для реализации магнитного фазового перехода, т. е. изменения магнитной подсистемы твердого тела как целого.

Другими словами, из исходных молекулярных компонентов должен сразу получиться макрообъект (к примеру, кристалл) с магнитными свойствами, не присущими отдельно взятой молекуле. В этом случае оказываются равноправно значимыми как внутримолекулярные, так и межмолекулярные взаимодействия и связи. При этом магнитный фазовый переход макрообъекта может сопровождаться изменением его структурных характеристик.

Электрон, помимо заряда, обладает и собственным моментом импульса (механическим моментом количества движения), который был назван спином, и, как следствие, собственным магнитным моментом. «Многоспиновыми» называют молекулы, у которых есть два неспаренных электрона (спина) или более. Термин «гетероспиновые» используется по отношению к координационным соединениям, в которых носителем неспаренных электронов являются как ионы металлов, так и органические радикалы. У этих соединений в образовании химической связи между переходным металлом и нитроксильным радикалом участвуют электроны с разных энергетических подуровней. Особенности взаимодействия электронов в таких соединениях обусловливают их необычные физико-химические свойства.

Нитроксильные радикалы («Наука из первых рук» №4(89), 2020)

Нитроксильные радикалы, в отличие от «традиционных», обладают высокой стабильностью и могут существовать сколь угодно продолжительное время как индивидуальные вещества. В состав этих органических молекул входит нитроксильная группа N–O, на которой локализован неспаренный электрон, обеспечивающий их парамагнетизм, из-за чего их используют в качестве «спиновых меток». Особенность координационных соединений с нитроксильными радикалами в том, что между их парамагнитными центрами (группами N–O и ионом металла) существует сильное спин-спиновое взаимодействие. Следовательно, даже без приложения внешнего магнитного поля в веществе идет магнитное упорядочивание структуры: спины выстраиваются в пространстве определенным образом, «чувствуя» присутствие друг друга. В результате объект, созданный на основе таких молекулярных магнетиков, сохраняя диэлектрические свойства, становится магнитным, подобно металлу.

Источник информации https://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/435748/Molekulyarnye_magnetiki_ili_Kristally_kotorye_dyshat_prygayut_i_menyayut_tsvet

 
Это интересно
0

Л.М. Топтунова
Привилегированный участник 05.03.2021
Пожаловаться Просмотров: 255  
Комментарии 0
←  Предыдущая тема Все темы Следующая тема →


Комментарии временно отключены