آهنربایی مولكولی در دمایی متعارف

آیا بالاخره آهنربای مولكولی آلی در دمای متعارفی ساخته شده است؟ وقتی كه گروه شیمیدان‌های زیر سرپرستی جوئل میلر در آزمایشگاه‌های مركزی تحقیق و توسعه دوپون در ویلمینگتون آمریكا جسم سیاهی را ساختند كه در دمای متعارفی توسط آهنربایی دائمی جذب می‌شد خیلی حیرت‌زده شدند.
علاوه بر این، وقتی فیزیك‌دان‌های زیر نظر آرتور اپستین در دانشگاه ایالتی اوهایو خواص مغناطیسی این تركیب را اندازه گرفتند، به نتیجه حیرت انگیز دیگری دست یافتند. آن‌ها نه تنها حلقه پسماند را در دمای متعارفی مشاهده كردند، بلكه متوجه شدند با افزایش دما از K4 تا K300، مغناطش اشباع Ms (مجانب میدان قوی) به طور خطی كاهش می‌یابد. دلیل این نحوه وابستگی به دما معلوم نیست. تجزیه گرمایی جسم در دمای K350 روی می‌دهد؛ به همین دلیل تعیین دمای نظم یابی ممكن نبود زیرا این دما بیش از K350 است. اما با برون‌یابی كاهش خطی Ms با T می‌توان محل تقاطع را در حدود K415 به دست آورد. بیشتر موادی كه نظمی فرو – یا فری مغناطیسی اتخاذ می‌كنند و منجر به گشتاور دو قطبی مغناطیسی خود به خودی می‌شوند، تركیباتی معدنی و حاوی فلزات واسطه d3 یا f4‌اند. اما، گستره محدود خواص مكانیكی بسیاری از این مواد و مشكلات تهیه آن‌ها در حدود یك دهه پیش منجر به آغاز جستجویی شد برای یافتن تركیبات فرومغناطیسی آلی مولكولی‌ای كه انعطاف بیشتری در مهندسی مواد داشته باشند.
از آن به بعد گروه‌های گوناگون (از جمله گروه دارام و لیدز در انگلستان) تركیبات بدیعی ساخته‌اند كه می‌توانند واحدهای ساختاری یك جامد آلی واجد نظم مغناطیسی به شمار بروند. یكی از روش‌های موفق آن‌ها تركیب آهن و نمك‌های منگنزدار تتراسیانوكینودی متان (TCNQ) و تتراسیانواتیلن (TCNE) بوده است. ولی مانند تمام مواد مغناطیسی مولكولی كه تاكنون ساخته شده است، نظم فرومغناطیسی در كل حجم جسم فقط در دمایی حدود دمای هلیم مایع روی می‌دهد.
میلر و همكارانش با واكنش بنزن وانادیم V(C6H6)2 و TCNE در دی كلرومتان كارشان را روی این نمك‌ها بسط دادند. چون حالت پایه كاتیون [VI(C6H6)2]+ سه گانه است و TCNE یك تركیب معروف پذیرنده الكترون است، اقدام آن‌ها كاری بسیار منطقی بود. حاصل كار جسم جامد سیاهی بود با فرمول تجربی
V(TCNE)x(CH2Cl2)y
كه در آن 2 x= و 5ر0 y = است. از اندازه‌گیری‌های پراش پرتو x نتیجه شد كه این جسم بی‌شكل (آمورف) است. از داده‌های فروسرخ این تركیب و تركیباتی از این نوع معلوم می‌شود كه این تركیب شامل یك شبكه سه بعدی از كاتیون‌های وانادیم است كه توسط لیگاندهای [TCNE] به هم متصل شده‌اند.
قبلاً هم گزارش‌هایی درباره آهنرباهای آلی مولكولی در دمای متعارفی منتشر شده بود. در این گزارش‌ها هم، مانند مواردی كه ما گزارش كردیم، منشأ گشتاور خودبه‌خودی، اثرات ناخالصی بود. بنابراین باید هر گزارش جدیدی را با قید احتیاط تلقی كرد. اما میلر و همكارانش متذكر شده‌اند كه برای دست‌یابی به گشتاور اندازه‌گیری شده در دمای متعارفی، 5ر1 درصد وزنی آهن لازم است. میكروآنالیز پلاسمای جفت شده (از طریق القا) نشان داده است كه فقط حدود 004ر0 درصد اتمی (016ر0 درصد وزنی) آهن و مقداری كمتر از این Co، Ni و Cr وجود داشته است. به علاوه، مغناطش با نیمه عمری در حدود 50 روز نقصان پیدا می‌كند؛ این ماده اگر در معرض هوا قرار بگیرد به سرعت تجزیه می‌شود و در مقیاس زمانی كه قابل مقایسه با آهنگ پخش اكسیژن است غیر مغناطیسی می‌شود. طیف فروسرخ جسم تجزیه شده كاملاً متفاوت است. نظر فعلی مؤلفان این است كه تحقق نظم در تركیب TCNE ناشی از تبادل سه بعدی اسپین‌های دهنده و پذیرنده است كه منجر به رفتار فری مغناطیسی می‌شود. اندازه‌گیری‌های تشدید اسپین الكترون نشان می‌دهد كه عامل لانده g=2 است، بنابراین اگر حالت پایه فرومغناطیسی باشد، مغناطش محاسبه شده خیلی بیشتر از مقدار اندازه‌گیری شده خواهد بود. اما، اگر جفت شدگی وانادیم و لیگاندهای TCNE در حالت پایه، پاد فرومغناطیسی باشد، از اسپین S=1/2 حاصل، مغناطشی به دست می‌آید كه با مقدار اندازه‌گیری شده در دمای K2 سازگار است. واكنش بنزن وانادیم با TCNE، دی‌كلرو – دی سیانو بنزوكینون، هگزاسیانوبوتادین، و تتراسیانو بنزوكینون منجر به رسوباتی می‌شود كه پذیرفتاری آن‌ها تابع میدان نیست و عرض از مبدأ رابطه كوری – وایس در آن‌ها منفی است؛ این نكته حاكی از یك نظم پادفرومغناطیسی است.
واضح است كه باید در پی تكرار این نتایج بود ساختار این تركیبات را تعیین و ماهیت برهم‌كنش‌های تبادلی را مشخص كرد. اگرچه این اولین آهنربای آلی مولكولی، در دمای متعارفی در هوا پایدار نیست، ولی ممكن است راه ساختن تركیبات پایداری را هموار كند كه خاصیت‌های الكتریكی و مغناطیسی بدیعی داشته باشند. چنین تركیباتی روش استفاده از مواد مغناطیسی را كاملاً دگرگون می‌كند. ظاهراً دوران مواد مغناطیسی مولكولی فرا رسیده است.