Jyväskylän yliopisto

Pannukakkusidoksen avulla kohti uusia magneettisia materiaaleja

Jaa

Kanadalais-suomalaisen tutkimusyhteistyön tuloksena löytyi uudenlainen magneettinen yhdiste, jossa kahden aromaattisen orgaanisen radikaalin muodostamaa niin kutsuttua pannukakkusidosta hyödynnettiin ensimmäistä kertaa sitomaan yhteen kaksi magneettista dysprosium-metalli-ionia. Tutkimustietoa voidaan hyödyntää jatkossa esimerkiksi samantapaisten yhdisteiden magneettisten ominaisuuksien vahvistamiseksi. Tutkimuksen laskennallisen osuuden teki akatemiatutkija Jani O. Moilanen Jyväskylän yliopistossa kemian laitoksella ja kokeellinen osuus toteutettiin professori Muralee Murugesun ja professori Jaclyn L. Brusson tutkimusryhmissä Ottawan yliopistossa. Tutkimustulokset julkaistiin arvostetussa kemian alan Inorganic Chemistry Frontiers -julkaisusarjassa heinäkuussa 2020.

Taiteellinen näkemys valmistetusta yhdisteestä ja siinä olevasta pannukakkusidoksesta orgaanisten radikaalien välillä. Kuva on julkaistu Inorg. Chem. Front., 2020, 7, 2592–2601 ja julkaistaan uudelleen The Royal Society of Chemistryn luvalla.
Taiteellinen näkemys valmistetusta yhdisteestä ja siinä olevasta pannukakkusidoksesta orgaanisten radikaalien välillä. Kuva on julkaistu Inorg. Chem. Front., 2020, 7, 2592–2601 ja julkaistaan uudelleen The Royal Society of Chemistryn luvalla.

Magneetteja hyödynnetään monissa laitteissa aina kännyköistä ja tietokoneista lääketieteellisiin magneettikuvauslaitteisiin asti. Perinteisten magneettisten metallien lisäksi yhtenä erityisenä mielenkiinnon kohteena magneettisten materiaalien tutkimuksessa ovat olleet yksittäismolekyylimagneetit, joiden magneettiset ominaisuudet ovat peräisin yksittäisistä molekyyleistä.  Magneettisten ominaisuuksiensa ansiosta yksittäismolekyylimagneetteja voitaisiin hyödyntää tulevaisuudessa korkean tallennuskapasiteetin kiintolevyissä, spintroniikassa ja kvanttitietokoneiden laskentayksiköissä.

Valitettavasti suurin osa nykyään tunnetuista yksittäismolekyylimagneeteista säilyttää magneettiset ominaisuutensa vain erittäin matalissa lämpötiloissa lähellä absoluuttista nollapistettä (−273 °C), joten niiden laajamittainen hyödyntäminen vaatii vielä paljon perustason tutkimusta. Vuonna 2018 yksittäismolekyylimagneettien tutkimuksessa tehtiin kuitenkin läpimurto; tällöin raportointiin ensimmäinen korkean lämpötilan yksittäismolekyylimagneetti, joka säilytti magneettiset ominaisuutensa nestemäisen typen kiehumispisteen yläpuolella (−196 °C).

Yhdisteen korkean lämpötilan magneettiset ominaisuudet johtuivat yhdisteen oikeanlaisesta kolmiulotteisesta rakenteessa. Periaatteessa samaa strategiaa voitaisiin hyödyntää myös useamman kuin yhden dysprosium-ionin omaavissa yksittäismolekyylimagneeteissa, mutta useampiytimisten yhdisteiden kolmiulotteisen rakenteen kontrolloiminen on huomattavasti hankalampaa kuin yksiytimisten kompleksien.

Uudessa yhdisteessä hyödynnettiin siltaavia ograanisia radikaaleja

Nyt julkaistussa yhdisteessä, joka koostuu kahdesta dysprosium-ionista ja kahdesta orgaanisesta radikaalista, hyödynnettiin toisenlaista strategiaa yhdisteen kolmiulotteisen rakenteen optimoinnin sijaan.

”Kuten dysprosium-ionit, myös orgaaniset radikaalit sisältävät parittomia elektroneja, joiden avulla yhdisteen magneettisia ominaisuuksia voidaan kontrolloida. Erityisen mielenkiinnon kohteena ovat siltaavat orgaaniset radikaalit, jotka voivat sitoutua useampaan kuin yhteen metalli-ioniin. Hyödynsimme tätä strategiaa omassa tutkimuksessamme, mutta yllätykseksemme huomasimme, että yhden siltaavan radikaalin sijaan kahden dysprosium-ionin väliin sitoutui kaksi orgaanista radikaalia, jotka muodostivat pannukakkusidoksen parittomien elektroniensa avulla”, kertoo professori Muralee Murugesu Ottawan yliopistosta.

”Vaikka pannukakkusidoksia orgaanisten radikaalien välillä on tunnettu pitkään, niin tämä on ensimmäinen kerta, kun sellainen on havaittu metalliatomeja sitovien siltaavien orgaanisten radikaalien välillä. Sidosta kutsutaan pannukakkusidoksesi, koska vuorovaikutukseen osallistuvien orgaanisten radikaalien muodostama kolmiulotteinen rakenne muistuttaa pannukakkupinoa”, kertoo professori Jaclyn L. Brusso Ottawan yliopistosta.

Orgaanisten radikaalien parittomien elektronien muodostama pannukakkusidos oli myös erittäin vahva tutkitussa yhdisteessä. Tämän takia orgaanisten radikaalien parittomat elektronit eivät vuorovaikuttaneet dysprosium-ionien parittomien elektronien kanssa, ja yhdiste toimi yksittäismolekyylimagneettina vain alhaisessa lämpötilassa. Tutkimus avasi kuitenkin uuden mahdollisen reitin useampiytimisten yksittäismolekyylimagneettien valmistukseen luoden vahvan pohjan myös jatkotutkimuksille. 

”Laskennallisen kemian menetelmien avulla saimme arvokasta tietoa yhdisteen elektronirakenteesta ja magneettisista ominaisuuksista, jota voidaan hyödyntää jatkotutkimuksissa. Valitsemalla oikeanlaiset orgaaniset radikaalit dysprosium-ionien väliin voimme muokata sekä orgaanisten radikaalien välillä olevaa pannukakkusidosta että vahvistaa yhdisteen magneettisia ominaisuuksia”, kommentoi akatemiatutkija Jani O. Moilanen Jyväskylän yliopistosta.

Tutkimusta rahoittivat Ottawan ja Jyväskylän yliopistot, CFI, NSERC, ja Suomen Akatemia. Projektin laskennalliset resurssit tarjosivat CSC – Tieteen tietotekniikan keskus (the Finnish Grid and Cloud Infrastructure persistent identifier urn:nbn:fi:research-infras-2016072533) sekä professori Heikki M. Tuononen Jyväskylän yliopistosta

Linkki artikkeliin Inorganic Chemistry Frontiers –julkaisuun (7, 2020): https://doi.org/10.1039/D0QI00365D

Lisätietoja:

Akatemiatutkija, Jani O. Moilanen, Kemian Laitos, Jyväskylän yliopisto, jani.o.moilanen@jyu.fi, puh. +358 408 054 849

Prof. Muralee Murugesu, Department of Chemistry and Biomolecular Sciences, University of Ottawa, m.murugesu@uottawa.ca, puh. +1 613 562 572 8

Prof. Jaclyn L. Brusso, Department of Chemistry and Biomolecular Sciences, University of Ottawa, jbrusso@uOttawa.ca, puh. +1 613 562 580 0

Avainsanat

Yhteyshenkilöt

Tanja HeikkinenViestinnän asiantuntija

Kuvat

Taiteellinen näkemys valmistetusta yhdisteestä ja siinä olevasta pannukakkusidoksesta orgaanisten radikaalien välillä. Kuva on julkaistu Inorg. Chem. Front., 2020, 7, 2592–2601 ja julkaistaan uudelleen The Royal Society of Chemistryn luvalla.
Taiteellinen näkemys valmistetusta yhdisteestä ja siinä olevasta pannukakkusidoksesta orgaanisten radikaalien välillä. Kuva on julkaistu Inorg. Chem. Front., 2020, 7, 2592–2601 ja julkaistaan uudelleen The Royal Society of Chemistryn luvalla.
Lataa

Tietoja julkaisijasta

Jyväskylän yliopisto
PL 35
40014 Jyväskylä

http://www.jyu.fi

Jyväskylän keskustassa sijaitsevan yliopiston kauniilla puistokampuksella sykkii monitieteinen ja moderni tiedeyliopisto – ihmisläheinen ja dynaaminen yhteisö, jonka 2500 asiantuntijaa ja 15 000 opiskelijaa etsivät ja löytävät vastauksia huomisen kysymyksiin. Jyväskylän yliopisto on ollut tulevaisuuden palveluksessa jo vuodesta 1863, jolloin suomenkielinen opettajankoulutus sai alkunsa täältä. Voimanlähteenämme on moniarvoinen vuoropuhelu tutkimuksen, koulutuksen ja yhteiskunnan välillä. Vaalimme tutkimuksen ja koulutuksen tasapainoa sekä ajattelun avoimuutta – sytytämme taidon, tiedon ja intohimon elää viisaasti ihmiskunnan parhaaksi. www.jyu.fi

Tilaa tiedotteet sähköpostiisi

Haluatko tietää asioista ensimmäisten joukossa? Kun tilaat mediatiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.

Lue lisää julkaisijalta Jyväskylän yliopisto

Väitös 25.9.2020: Lukio tarjoaa kirjoittamisen oppimisen mahdollisuuksia, joita opiskelijat eivät osaa hyödyntää18.9.2020 07:00:00 EESTTutkimus

Kirjoittaminen lukion äidinkielen ja kirjallisuuden kursseilla on monipuolista, mutta opetussuunnitelman, ylioppilaskokeen ja lukiolaisten kirjoittamiskäsitykset eroavat toisistaan. Väitöstutkimus tarkastelee lukion kirjoittamista ekologisesta näkökulmasta eli pyrkii ymmärtämään kirjoittajan ja kirjoitusympäristön vuorovaikutussuhdetta.

JYUnity-tiedelehdessä: Enteroviruksen osaaja löysi luonnosta myös koronaviruksen päihittäviä molekyylejä17.9.2020 11:24:38 EESTTutkimus

Virustutkija Varpu Marjomäki Jyväskylän yliopistosta on tutkimuksissaan päässyt maailman yleisimmän ihmisiä infektoivan viruksen, enteroviruksen, niskan päälle. Humahtaen parikymmentä vuotta sitten alkanut innostus virukseen tuottaa nyt tuntuvia tuloksia: yksi patentti on jo rekisteröity ja työn alla on kaksi uutta patenttia molekyyleistä, jotka nitistävät enterovirusten ohella monia viruksia. Aihe on polttava, sillä tutkimusryhmä on havainnut molekyylien tepsivän myös koronaviruksiin.

Uutishuoneessa voit lukea tiedotteitamme ja muuta julkaisemaamme materiaalia. Löydät sieltä niin yhteyshenkilöidemme tiedot kuin vapaasti julkaistavissa olevia kuvia ja videoita. Uutishuoneessa voit nähdä myös sosiaalisen median sisältöjä. Kaikki tiedotepalvelussa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.

Tutustu uutishuoneeseemme