லாந்தனைடு-லாந்தனைடு பிணைப்புகளின் பயன் யாது?

அதிக சக்தி வாய்ந்த மற்றும் நிரந்தர காந்தங்களை உருவாக்க, லாந்தனைடு-லாந்தனைடு பிணைப்புகளைப் பயன்படுத்துவதற்காக அமெரிக்காவில் உள்ள ஆராய்ச்சிக்கு  ஏராளமான நிறுவனங்களுடன் இணைந்து தங்களின் பணிகளை மேற்கொண்டு வருகின்றன. சயின்ஸ் இதழில் வெளியிடப்பட்ட இக்குழுவின் ஆய்வறிக்கையில், காந்தங்களை பயன்படுத்த உதவும் பல லாந்தனைடு பிணைப்புகளை உருவாக்கும் நுட்பத்தை விவரிக்கிறது. லாந்தனைடுகள் 57 முதல் 71 வரையிலான 15 உலோக வேதியியல் கூறுகளை கொண்டுள்ளது.

ஆராய்ச்சியாளர்கள் குறிப்பிடுவது போல, ஒன்றுடன் ஒன்று இணைக்க அனுமதிக்கும் பெரிய இணைதிறன் ஆர்பிட்டால்கள் (Valence Orbitals) பொதுவாக உலோகத்தில் உலோக பிணைப்பை உருவாக்குவதற்குத் தேவைப்படுகின்றன. அந்த காரணத்திற்காக, லாந்தனைடு-லாந்தனைடு பிணைப்புகள் காந்தங்களை உருவாக்குவதற்கான சாத்தியமான ஆதாரமாக கருதப்படவில்லை. இந்த புதிய முயற்சியில், அந்த சிக்கலை பெரிய அளவில் சமாளிக்கும் டி-லாந்தனைடுகளை (Di-Lanthanides) ஆராய்ச்சியாளர்கள் கண்டுபிடித்துள்ளனர்.

ஆராய்ச்சியாளர்கள் 5d சுற்றுப்பாதைகளுடன் சமச்சீராக இணக்கமான ஒரு வகை டைவலன்ட் லாந்தனைடு அயனிகளைக் கண்டறிந்தனர். அவற்றைப் பயன்படுத்தி, டிஸ்ப்ரோசியம்-டிஸ்ப்ரோசியம், டெர்பியம்-டெர்பியம் மற்றும் காடோலினியம்-காடோலினியம் பிணைப்புகளை நிறுவ முடிந்தது. முதல் இரண்டு வலுவான காந்தங்களை உருவாக்குவதற்கான வலுவான திறனைக் காட்டியது. இரண்டிலும் உள்ள பிணைப்புகளைப் பயன்படுத்தி, ஆராய்ச்சியாளர்கள் டி-எலக்ட்ரானைப் பகிர்ந்து கொள்ளும் இரட்டை உலோக மையங்களைக் கொண்ட காந்தங்களை உருவாக்கினர். இரண்டு சந்தர்ப்பங்களிலும், உலோக மையங்களைச் சுற்றி மூன்று அயோடின் அணுக்கள் முக்கோணங்களில் அமைக்கப்பட்டன. உலோக அணுக்கள் முக்கோண கட்டமைப்பின் நடுவில் இணைக்கப்படாத எலக்ட்ரானுடன் செல்லும் பிணைப்பால் ஒன்றாக இணைக்கப்பட்டன. அதன் தீவிர காந்தத்தன்மைக்கு கூடுதலாக, இரண்டு அரிய பொருட்களுக்கு இடையேயான பிணைப்பு முதன்முதலில் பிரதிபலிக்கிறது என்று ஆராய்ச்சியாளர்கள் தெரிவிக்கின்றனர்.

புதிதாகக் கண்டுபிடிக்கப்பட்ட பிணைப்புகள் 60K வரையிலான வெப்பநிலையில் தோராயமாக 14 டெஸ்லா பிணைப்பு வலிமையைக் கொண்டுள்ளன. இது மூலக்கூறு அடிப்படையிலான பொருள்களின் புதிய சாதனையாகும். முந்தைய சாதனை 7.9 டெஸ்லா ஆகும். புதிதாக கண்டுபிடிக்கப்பட்ட பிணைப்புகளைக்கொண்டு புதிய வகையான மிக வலிமையான நிரந்தர காந்தங்களை உருவாக்க பயன்படுத்தப்படலாம். இதன் புலம் வலிமையானது எந்த கருவியைக்கொண்டும் துல்லியமாக அளவிட முடியாத அளவுக்கு வலுவாக இருப்பதையும் ஆராய்ச்சியாளர்கள் கண்டறிந்தனர். எனவே, அவற்றின் எண்ணிக்கைகள் மதிப்பிடப்பட்டன. அவற்றின் நுட்பங்களைப் பயன்படுத்தி உருவாக்கப்பட்ட காந்தங்கள் சிறிய ஊடக சேமிப்பு பயன்பாடுகளுக்கும் புதிய வகையான திடப் பொருட்கள் பெரிய தொழில்நுட்ப பயன்பாடுகளுக்கும் பயன்படுத்தப்படலாம் என்று அவர்கள் பரிந்துரைக்கின்றனர்.

References:

• Gould, C. A., McClain, K. R., Reta, D., Kragskow, J. G., Marchiori, D. A., Lachman, E., & Long, J. R. (2022). Ultrahard magnetism from mixed-valence dilanthanide complexes with metal-metal bonding. Science, 375(6577), 198-202.
• Liu, F., Spree, L., Krylov, D. S., Velkos, G., Avdoshenko, S. M., & Popov, A. A. (2019). Single-electron lanthanide-lanthanide bonds inside fullerenes toward robust redox-active molecular magnets. Accounts of chemical research, 52(10), 2981-2993.
• Zhang, P., Zhang, L., & Tang, J. (2015). Lanthanide single molecule magnets: progress and perspective. Dalton Transactions, 44(9), 3923-3929.
• Liu, F., Krylov, D. S., Spree, L., Avdoshenko, S. M., Samoylova, N. A., Rosenkranz, M., & Popov, A. A. (2017). Single molecule magnet with an unpaired electron trapped between two lanthanide ions inside a fullerene. Nature communications, 8(1), 1-9.
• Zhu, Z., Guo, M., Li, X. L., & Tang, J. (2019). Molecular magnetism of lanthanide: Advances and perspectives. Coordination Chemistry Reviews, 378, 350-364.