Ricercatori INSTM pubblicano su Nature Communications studio su sistemi magnetici molecolari

Ricercatori delle Unità di Ricerca INSTM di Firenze e di Modena e Reggio Emilia in collaborazione con colleghi chimici e fisici dei Max Plank Institute di Stoccarda e di Amburgo hanno pubblicato su Nature Communications i risultati di una ricerca su sistemi magnetici molecolari che si presenta come un promettente avanzamento per lo sviluppo delle tecnologie spintroniche.

Lo stato dell’arte

Le microscopie a scansione di sonda permettono di visualizzare atomi e molecole quando questi sono deposti su superfici. Se abbinate alla spettroscopia consentono anche di evidenziare le trasformazioni indotte dalla vicinanza, su scala atomica, di materiali diversi.
La possibilità di studiare molecole isolate mediante contatti elettrici nanometrici in dispositivi spintronici basati su singole molecole magnetiche è un campo di ricerca estremamente attuale: le interazioni con elettrodi metallici possono provocare cambiamenti importanti nelle proprietà delle molecole magnetiche sia per effetti di trasferimento di carica sia attraverso cambiamenti nella struttura molecolare.

La scoperta

Nel lavoro pubblicato su Nature Communications (Magnetic fingerprint of individual Fe4 molecular magnets under compression by a scanning tunnelling microscope) è stato mostrato sperimentalmente e modellizzato teoricamente come la punta del microscopio modifichi la struttura e le proprietà magnetiche delle molecole depositate su superficie.
Entrando nei dettagli, lo studio riporta i risultati di misure di trasporto elettrico attraverso una singola molecola, effettuati a 0,5 Kelvin con un Microscopio a Scansione Tunnel, STM. Correlando informazioni topografiche e spettroscopiche è stato possibile verificare, tramite il finger-print dell’eccitazione di spin, che la molecola studiata (un derivato della famiglia detta Fe4) è rimasta intatta durante l’esperimento e che la forza dell’interazione di scambio magnetica al suo interno è notevolmente aumentata. Calcoli effettuati mediante il metodo dei Principi Primi hanno supportato la conclusione che questo fenomeno è originato dal confinamento della molecola come giunzione tra i due contatti, rispettivamente formati dalla punta dell’STM e dalla superficie su cui è ancorata la molecola.
Questo apre interessanti prospettive per un controllo meccanico su scala atomica delle proprietà magnetiche e per la costruzione di dispositivi spintronici.

Gli attori coinvolti

La ricerca è stata condotta presso il laboratorio Free Electron Laser di Amburgo in collaborazione con il MPI di Stoccarda, e grazie al contributo dei ricercatori del Dipartimento di Chimica dell’Università di Firenze e INSTM Federico Totti, Matteo Mannini e della Prof. Roberta Sessoli. Lo studio ha costituito parte del lavoro di tesi di dottorato di Luigi Malavolti, tesi premiata questo anno dalla Florence University Press e adesso in stampa. Malavolti copre attualmente una posizione di post-dottorato presso il MPI di Stoccarda.

Link: Nature Communications

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