تم وصف التطور في المجلة كيمياء الطبيعة. إنها تنتمي إلى فئة نادرة مما يسمى المغناطيسات الحديدية المعوضة. فيها، يتم توجيه اللحظات المغناطيسية داخل الهيكل في اتجاهات مختلفة. إن المغنطة بحد ذاتها عالية جدًا، لكن اللحظات تلغي بعضها البعض تمامًا تقريبًا. ونتيجة لذلك، فإن المجال المغناطيسي الخارجي للمادة ضعيف للغاية. وهذا ما يميزه عن المغناطيس التقليدي، الذي يصعب دمجه في الدوائر الإلكترونية.

يقول البروفيسور كاسبر ستين بيدرسن من قسم الكيمياء في الجامعة التقنية في الدنمارك، الذي قاد البحث: “لدينا الآن مادة ذات بنية مغناطيسية جيدة التنظيم، ولكن بدون المجال المغناطيسي الذي عادة ما يخلق مشاكل في الإلكترونيات”.

في الإلكترونيات التقليدية، يتم نقل المعلومات بواسطة الشحنة الكهربائية. في الإلكترونيات السبينية، يكون الناقل هو دوران الإلكترون، مما يجعل من الممكن، من حيث المبدأ، إنشاء مكونات أسرع مع استهلاك طاقة أقل بكثير. إحدى المشاكل الرئيسية التي حلها مؤلفو هذه الدراسة هي الحاجة إلى مواد مغناطيسية لا تتداخل مع البيئة المحيطة بها.

يقول البروفيسور: “من الصعب التعامل مع المواد المغناطيسية عندما تحتاج إلى تجميع العديد من الوظائف بإحكام على شريحة واحدة. ولكن إذا كانت المادة لا تنبعث منها أي مجال مغناطيسي تقريبًا، فمن الممكن، من حيث المبدأ، وضع المكونات بالقرب من بعضها البعض – دون تدخل ضار. وهذا يفتح مستوى جديدًا تمامًا من التحكم. وبما أن الخواص المغناطيسية “موصولة” في مادة جزيئية، فيمكننا ضبط خصائصها المغناطيسية والإلكترونية كيميائيًا”.

في الصميم كروم-بيرازين Cr(بيرازين)₃ – هذا هو اسم المادة الجديدة – إطار معدني عضوي: يربط البيرازين ذرات الكروم. نظرًا لأن البيرازين يعمل كجذر مع إلكترون واحد غير متزاوج، فإن هذا يسمح له بالمساهمة بشكل مباشر في مغناطيسية المادة بأكملها. تشبه طوبولوجيا الإطار أيضًا بلورة واحدة للمستقبل – البيروفسكايت.

الصورة: دي تي يو

هيكل المادة الجديدة. ترتبط ذرات الكروم (الأرجواني) بواسطة جزيئات البيرازين العضوية في شبكة منتظمة ثلاثية الأبعاد. يحتوي كل جزيء من البيرازين على ذرات النيتروجين (الأزرق) والكربون (الرمادي). يتكرر الهيكل بالتساوي في جميع الاتجاهات، مما يشكل شبكة بلورية متناظرة. وهذا الترتيب هو الذي يضمن استقرار واتساق الخواص المغناطيسية للمادة في جميع أنحاء البلورة.

وقد أظهرت الاختبارات أن التعويض المغناطيسي المثالي تقريبًا يظل مستقرًا على نطاق واسع من درجات الحرارة، بما في ذلك درجة حرارة أعلى بكثير من درجة حرارة الغرفة. وهذا ما يجعل المنتج الجديد متميزًا بشكل خاص، لأن جميع المركبات ذات الصلة تقريبًا تظهر توازنًا مشابهًا فقط عند درجات حرارة محددة بدقة.

باختصار، يتمتع الكروم-بيرازين بمستقبل عظيم – لكنه نظري فقط حتى الآن. يؤكد المؤلفون أنهم لم يختبروه في مكونات حقيقية أو في أي تطبيقات محددة. ستكون الخطوة التالية هي محاولة الحصول على Cr(pyrazine)₃ على شكل أغشية رقيقة.