Parfois, la fabrication d'un tout nouveau type de boîte nécessite une réflexion hors des sentiers battus, ce qui est exactement ce que les chimistes spartiates ont utilisé pour créer un cube magnétique à huit atomes.

Cette petite boîte est au cœur d'une nouvelle molécule magnétique qui pourrait alimenter les futures technologies de stockage de données, d'informatique quantique et plus encore.

"Au début, notre approche semblait être une idée vraiment folle", a déclaré Selvan Demir, professeur adjoint de chimie au Collège des sciences naturelles. "Mais, il s'avère que ça marche."

Demir et son équipe ont publié leurs travaux dans la revue Chem , qui présentait la recherche sur la couverture de son numéro du 10 mars.

Une partie de ce qui a rendu l'idée des chercheurs si folle était leur choix de travailler avec des ingrédients de départ notoirement capricieux dans la communauté de la chimie.

Un ingrédient est un groupe d'éléments appelés lanthanides, qui occupent une ligne spéciale vers le bas du tableau périodique des éléments. L'autre est l'élément métallique bismuth, qui n'attire généralement pas trop l'attention (bien que certains puissent le reconnaître à son rôle dans les antiacides rose vif tels que Pepto Bismol).

"Si vous m'aviez demandé quand j'ai commencé à MSU, "ferez-vous de la chimie du bismuth?" J'aurais probablement répondu:"Non. Pourquoi ferais-je cela ? », a déclaré Demir. « La chimie du bismuth est généralement considérée comme ennuyeuse. Mais il s'avère que le bismuth se combine avec d'autres éléments de manière étonnamment riche."

En trouvant un moyen de combiner le bismuth avec un élément lanthanide, notamment le terbium ou le dysprosium, ils ont créé une molécule aux caractéristiques magnétiques permanentes. C'est le même magnétisme que l'on trouve dans les barres magnétiques et les disques durs, mais à une échelle beaucoup plus petite.

La petite échelle des aimants moléculaires offre des opportunités technologiques, comme l'amélioration de la capacité de stockage des disques durs magnétiques. Il existe également des applications émergentes où les aimants conventionnels peuvent tout simplement être trop gros pour contribuer, comme dans les processeurs des ordinateurs quantiques.

Le premier aimant à molécule unique a été découvert il y a environ 30 ans et, depuis lors, les chercheurs recherchent de nouvelles variétés aux attributs physiques et chimiques différents. Ils ont également travaillé pour développer des approches chimiques plus créatives pour fabriquer les aimants. Ici, le travail du groupe Demir se démarque.

Ze-Yu Ruan et Ming-Liang Tong, chimistes de l'Université Sun Yat-Sen en Chine qui n'étaient pas impliqués dans la recherche, ont décrit le projet comme "sans précédent" et "impressionnant" dans un article en avant-première pour la revue Chem .

"C'est probablement la chose la plus difficile que j'ai faite avec mon équipe", a déclaré Demir.

"Le résultat était d'abord inattendu, mais après l'avoir découvert, nous avons optimisé la synthèse pour cibler le composé à analyser. Nous avons probablement dû exécuter 100 réactions pour trouver les meilleures conditions pour le fabriquer."

La molécule elle-même, cependant, semble simple, démentant la complexité du processus nécessaire à sa fabrication. Le haut et le bas de la molécule sont coiffés d'anneaux d'atomes de carbone et d'hydrogène. Chaque anneau est lié à un lanthanide qui forme un cube avec les atomes de bismuth.

"Les métaux lanthanides sont en quelque sorte assis sur un trône qui ressemble à la structure" de la chaise "du cyclohexane, un motif structurel spécial familier en chimie organique", a déclaré Demir. "C'est très stable."

Cette stabilité est utile ici car la nature n'aime généralement pas faire de cubes.

Malgré la complexité du processus, la sensibilité des ingrédients impliqués et les défis de sa caractérisation structurelle et physique, les scientifiques spartiates ont réussi à découvrir un tout nouveau type d'aimant à molécule unique.

"Nous sommes les premiers au monde à faire ça. Je pense que c'est cool", a déclaré Demir. "Ce n'est pas tous les jours que vous trouvez une nouvelle voie vers quelque chose. Mais c'est le défi de travailler dans ce genre de domaine inexploré et à haut risque qui nous fait revenir au laboratoire tous les jours." + Explorer plus loin

Utiliser des liaisons lanthanide-lanthanide pour créer des aimants permanents plus puissants