Los imanes basados en moléculas ( MBM ) o imanes moleculares son una clase de materiales capaces de mostrar ferromagnetismo y otros fenómenos magnéticos más complejos. Esta clase amplía las propiedades de los materiales típicamente asociadas con los imanes para incluir baja densidad, transparencia , aislamiento eléctrico y fabricación a baja temperatura, además de combinar el orden magnético con otras propiedades como la fotorreactividad. Básicamente, todos los fenómenos magnéticos comunes asociados con los imanes convencionales de metales de transición y los imanes de tierras raras se pueden encontrar en imanes basados en moléculas. [1] [2] Antes de 2011, se consideraba que las MBM exhibían "ordenamiento magnético con una temperatura de Curie (Tc ) superior a la temperatura ambiente". [2] [3]
Wickman y sus colaboradores lograron la primera síntesis y caracterización de MBM en 1967. Se trataba de un compuesto de cloruro de dietilditiocarbamato-Fe (III). [4] [5]
En febrero de 1992, Gatteschi y Sessoli publicaron sobre las MBM con especial atención a la fabricación de sistemas en los que radicales orgánicos estables se acoplan a iones metálicos . [6] En esa fecha, el magnetómetro SQUID midió la Tc más alta registrada en 30K. [7]
El campo explotó en 1996 con la publicación del libro "Magnetismo molecular: de los ensamblajes moleculares a los dispositivos". [8]
En febrero de 2007, de Jong et al. cultivó MBM TCNE de película delgada in situ, [9] mientras que en septiembre de 2007, se demostró el magnetismo fotoinducido en un semiconductor magnético de base orgánica TCNE. [10]
El número de junio de 2011 de Chemical Society Reviews estuvo dedicado a las MBM. En el editorial, escrito por Miller y Gatteschi, se menciona el TCNE y el orden magnético por encima de la temperatura ambiente, junto con muchas otras propiedades inusuales de las MBM. [2]
El mecanismo por el cual los imanes basados en moléculas se estabilizan y muestran un momento magnético neto es diferente al presente en los imanes tradicionales basados en metal y cerámica. Para los imanes metálicos, los electrones desapareados se alinean mediante efectos de la mecánica cuántica (denominado intercambio) en virtud de la forma en que los electrones llenan los orbitales de la banda conductora . Para la mayoría de los imanes cerámicos a base de óxido, los electrones desapareados en los centros metálicos se alinean a través del óxido puente diamagnético intermedio (denominado superintercambio ). El momento magnético en los imanes basados en moléculas generalmente se estabiliza mediante uno o más de tres mecanismos principales: [ cita necesaria ]
En general, los imanes basados en moléculas tienden a ser de baja dimensionalidad. Las aleaciones magnéticas clásicas basadas en hierro y otros materiales ferromagnéticos presentan enlaces metálicos , con todos los átomos esencialmente unidos a todos los vecinos más cercanos en la red cristalina . Por lo tanto, las temperaturas críticas en las que estos imanes clásicos pasan al estado magnético ordenado tienden a ser altas, ya que las interacciones entre los centros de espín son fuertes. Los imanes basados en moléculas, sin embargo, tienen unidades portadoras de espín en entidades moleculares, a menudo con enlaces altamente direccionales. En algunos casos, el enlace químico se limita a una dimensión (cadenas). Por lo tanto, las interacciones entre los centros de espín también se limitan a una dimensión, y las temperaturas de orden son mucho más bajas que las de los imanes de tipo metal/aleación. Además, grandes partes del material magnético son esencialmente diamagnéticas y no contribuyen en nada al momento magnético neto. [ cita necesaria ]
En 2015, se demostró que los imanes oxodiméricos a base de Fe (salen) ("nanoimanes anticancerígenos") en una suspensión acuosa demuestran un comportamiento ferromagnético intrínseco a temperatura ambiente, así como actividad antitumoral, con posibles aplicaciones médicas en quimioterapia , [11] [12 ] [13] [14] administración magnética de fármacos , imágenes por resonancia magnética (MRI) y terapia de hipertermia local inducida por campos magnéticos .
Los imanes basados en moléculas comprenden una clase de materiales que se diferencian de los imanes convencionales en varios aspectos. La mayoría de los materiales magnéticos tradicionales están compuestos exclusivamente de metales (Fe, Co, Ni) u óxidos metálicos (CrO 2 ) en los que los espines de electrones no apareados que contribuyen al momento magnético neto residen únicamente en átomos metálicos en orbitales de tipo d o f. [ cita necesaria ]
En los imanes basados en moléculas, los componentes estructurales son de naturaleza molecular. Estos componentes básicos son moléculas puramente orgánicas , compuestos de coordinación o una combinación de ambos. En este caso, los electrones desapareados pueden residir en orbitales d o f en átomos metálicos aislados, pero también pueden residir en orbitales s y p altamente localizados, así como en especies puramente orgánicas. Al igual que los imanes convencionales, se pueden clasificar en duros o blandos, dependiendo de la magnitud del campo coercitivo . [ cita necesaria ]
Otra característica distintiva es que los imanes basados en moléculas se preparan mediante técnicas basadas en soluciones a baja temperatura, en comparación con el procesamiento metalúrgico o la galvanoplastia a alta temperatura (en el caso de películas delgadas magnéticas ). Esto permite una adaptación química de los componentes moleculares para ajustar las propiedades magnéticas. [ cita necesaria ]
Los materiales específicos incluyen imanes puramente orgánicos hechos de radicales orgánicos, por ejemplo nitróxidos de p-nitrofenilo nitronilo, [15] tetracianoetenuro de decametilferrocenio, [16] compuestos de coordinación mixtos con radicales orgánicos puente, [17] compuestos relacionados con el azul de Prusia , [18] y imanes de transferencia de carga. complejos . [19]
Los imanes basados en moléculas obtienen su momento neto del efecto cooperativo de las entidades moleculares que contienen espín y pueden mostrar un comportamiento ferromagnético y ferrimagnético en masa con una temperatura crítica verdadera . En este sentido, se contrastan con los imanes de una sola molécula , que son esencialmente superparamagnetos (que muestran una temperatura de bloqueo versus una temperatura crítica verdadera). Esta temperatura crítica representa el punto en el que los materiales cambian de un simple paraimán a un imán masivo, y puede detectarse mediante mediciones de susceptibilidad de CA y calor específico . [ cita necesaria ]