Uusien molekyylialan tutkimustulosten avulla voidaan esimerkiksi tietokoneiden kiintolevyjen tallennuskapasiteetti moninkertaistaa laitteen fyysisen koon kasvamatta. Tutkimusta ovat tehneet Jyväskylän yliopiston tutkijat brittiläis-suomalais-kiinalaisessa yhteistyöhankkeessa.
Kansainvälisessä tutkimushankkeessa valmistettiin ensimmäinen molekyyli, joka pystyy muistamaan siihen kohdistetun magneettikentän nestemäisen typen lämpötilan yläpuolella. Ne muistavat kauan niihin kohdistetun magneettikentän suunnan ja molekyyleihin voi näin ”kirjoittaa” informaatiota.
Yksittäismolekyylimagneeteille on suunniteltu sovellutuksia esimerkiksi korkeatiheyksissä tallennusmedioissa ja kvanttitietokoneiden laskentayksiköissä. Käytännön sovelluksien kehittymistä on estänyt se, että yksittäismolekyylimagneetit toimivat vain äärimmäisen kylmissä olosuhteissa.
Yleensä niiden magneettiset ominaisuudet häviävät, jos niitä lämmittää muutaman asteen absoluuttisen nollapisteen (–273°C) yläpuolelle. Näin ollen yksittäismolekyylimagneetteja voi tutkia vain laboratorio-olosuhteissa jäähdyttämällä niitä nestemäisellä heliumilla.
Tutkijat ovat ensimmäistä kertaa nyt onnistuneet valmistamaan ja karakterisoimaan yksittäismolekyylimagneetin, joka säilyttää muistiominaisuutensa nestemäisen typen lämpötilan (–196°C) yläpuolella. Magneettia voidaan kutsua ensimmäiseksi korkean lämpötilan yksittäismolekyylimagneetiksi.
’’Nestetyppi on yli 300 kertaa nesteheliumia halvempaa ja sen käsittely on paljon helpompaa mahdollistaen teolliset sovellukset. Näin ollen kyseessä on todellinen tieteellinen läpimurto’’, kertoo tutkijatohtori Akseli Mansikkamäki Jyväskylän yliopiston kemian laitokselta.
Valmistettu dysprosium-metalloseeniyhdiste on vuosia kestäneen tutkimustyön huipentuma. Projekti on vaatinut uusien organometallikemian synteettisten menetelmien kehittämistä sekä syvällistä ymmärtämistä tutkittujen molekyylien mikroskooppisen elektronirakenteen vaikutuksesta niiden magneettisiin ominaisuuksiin.
Tutkimuksessa saatiin tietoa myös siitä, miten valmistettujen molekyylien magneettisia ominaisuuksia voi entisestään parantaa ja teollisesti toteutettavia käyttösovelluksia voidaan tuoda lähemmäs todellisuutta.
Tutkimusprojektia on johtanut professori Richard Layfield Sussexin yliopistossa Isossa-Britanniassa. Tutkimuksen synteettinen työ ja yhdisteiden karakterisointi suoritettiin Layfieldin tutkimusryhmässä ja magneettiset mittaukset tehtiin Sun Yat-sen –yliopistossa Kantonissa, Kiinassa, professori Ming-Liang Tongin johdolla.
Tutkijatohtori Akseli Mansikkamäki toteutti teoreettiset laskut ja analyysit Jyväskylän yliopiston kemian laitoksella. Suomessa tutkimusta rahoitti Suomen Akatemia. Laskentaresurssit on tarjonnut Tieteen tietotekniikan keskus (CSC) ja Jyväskylän yliopisto.
Tiedeartikkeli Tutkimus Science-julkaisusarjassa: Fu-Sheng Guo, Benjamin M. Day, Yan-Cong Chen, Ming-Liang Tong, Akseli Mansikkamäki, and Richard A. Layfield. Magnetic hysteresis up to 80 K in a dysprosium metallocene single-molecule magnet. Science, 2018.