La molecola a forma di manubrio con proprietà magnetiche uniche

Un gruppo di ricerca internazionale ha ideato e sintetizzato una particolare molecola a forma di manubrio con proprietà magnetiche uniche e che potrebbe essere alla base di nuovi materiali magnetici organici flessibili: un campo finora poco esplorato. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Nature Communications.

Il punto di partenza è la molecola di azobenzene. Lo studio di cristalli contenenti questo tipo di unità molecolari ha dimostrato infatti che l'azobenzene può avere mobilità intramolecolare nello stato solido: movimenti simili a quello dei pedali della bicicletta, associati all’inversione dell'orientamento del doppio legame azoto-azoto, rispetto agli anelli benzenici laterali.

“Quello che abbiamo sviluppato è un diradicale stabile e flessibile, composto da una molecola di azobenzene legata a due radicali fenossilici”, spiega Fabrizia Negri, professoressa al Dipartimento di Chimica "Giacomo Ciamician" dell’Università di Bologna, tra gli autori dello studio. “L’azobenzene centrale svolge il doppio ruolo di permettere la comunicazione elettronica fra i due radicali terminali e allo stesso tempo fornisce un ponte flessibile azoto-azoto che genera un solido con proprietà magnetiche uniche”.

In particolare, quando viene riscaldato, questo materiale mostra cambiamenti particolari nella sua struttura molecolare che determinano la mobilità dello spin degli elettroni: una proprietà intrinseca delle particelle elementari che concorre a definirne il loro stato quantistico. Gli studiosi hanno dimostrato questi cambiamenti attraverso una combinazione di tecniche sperimentali (diffrazione dei raggi X e spettroscopia Raman) e computazionali (calcoli quanto-meccanici e QM/MM).

“Le variazioni strutturali che abbiamo individuato sono accompagnate da modulazioni della densità di spin”, dice ancora la professoressa Negri. “La mobilità dello spin elettronico è pertanto indotta dalle variazioni di temperatura attraverso l’accoppiamento con moti vibrazionali torsionali dei gruppi fenossilici e moti vibrazionali che inducono cambiamenti conformazionali, come il movimento dei pedali di una bicicletta”.

Grazie a queste sue caratteristiche la nuova molecola potrebbe essere utilizzata per mettere a punto nuovi materiali magnetici organici flessibili con possibili applicazioni nel campo dell’elettronica organica, della spintronica e dell’ottica non lineare.

Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Nature Communications con il titolo “Normal & reversed spin mobility in a diradical by electron-vibration coupling”. Per l’Università di Bologna hanno partecipato Fabrizia Negri e Yasi Dai del Dipartimento di Chimica “Giacomo Ciamician”. Hanno partecipato inoltre studiosi dell'Università di scienza elettronica e tecnologia di Cina (UESTC), dell'Università di Malaga (Spagna) e dell'Università di Sichuan (Cina).