波兰科学院核物理研究所 所展示的纳米复合材料的示意图:分离到球形二氧化硅表面的Mn12-硬脂酸单分子磁体(来源:IFJ聚丙烯腈)信用:IFJ聚丙烯腈 继获得单分子磁体(SMMs)领域的最新研究之后，科学家们在获得超高密度磁存储器和分子神经网络的道路上又迈出了一步，特别是构建作为人脑模型运行的自联想存储器和多准则优化系统
有趣的是，这是通过使用普通化学实验室的方法实现的
在一平方毫米的磁存储设备中高达1亿比特？由单个分子组成的神经网络？波兰科学院核物理研究所分子工程和纳米电子学系的卢卡斯·拉斯科斯基领导的团队致力于分离分子磁体的单个粒子，他们的工作使我们更接近于实现这些目标
直到20世纪80年代末，一个被广泛接受的观点占了上风，即铁磁性与晶体结构有关，并且只能与适当体积的晶体物质有关
然而，在1991年，一种由Mn12O12(OAc)16(H2O)4分子制成的材料，也被称为Mn12-硬脂酸盐，出现了，这与普遍的看法相矛盾
结果表明，在一定温度下，这种材料表现出铁磁性
值得强调的是，这些磁性并不是像铁磁性那样由晶体结构的性质产生的，而是由单个分子的特性产生的
这就是为什么这种类型的材料被称为单分子磁体
不难想象这种化合物的应用，例如在超高密度存储单元或神经网络元件中的应用
因此，似乎单分子磁体将很快得到广泛应用
然而，这并没有发生
这可能是由于它们的分离和获得一个适当的单个分子系统的问题造成的，这些单个分子彼此间隔足够远，以防止它们相互影响
此外，在获得这样的系统之后，有必要开发一种用于观察小至2 nm的分子的方法
那么，如何最大限度地利用单分子磁体的特性呢？如何将这种材料的单个颗粒排列在基底上，使它们不失去它们的性质？如何验证这样一个系统的出现？有必要为此使用尖端技术吗？ 该项目的基本设想是在磁中性基底上获得分离的单分子磁体，并在不使用先进实验室技术的情况下直接观察这种分子
优先事项是随后将开发的程序用于商业应用
在根据物理化学和机械特性以及分子结构选择了材料的特性之后，有必要开发一种合成方法，使得原子可以预期地自行排列，产生所需的纳米材料
然后，研究人员必须选择单分子磁体、基质(矩阵)、基质表面锚定分子的类型、控制它们分布和它们之间距离的方法以及直接观察这些分子的方法
合成纳米复合材料的各个步骤的透射电子显微镜照片:在球形二氧化硅表面分离的Mn12-硬脂酸盐单分子磁体
(来源:IFJ潘)信贷:IFJ潘 在选择可能的单分子磁体类型的阶段，Mn12-硬脂酸盐化合物被认为是最有前途的
这个粒子有一个高的基态自旋S = 10，因此有一个强磁矩
由于一些修改，获得了可溶形式的Mn12-硬脂酸盐，其另外被证明对大气冲击更有抵抗力
在考虑所用介质的类型和形式时，科学家们考虑了观察所得材料的方面
成功的明确证明是直接观察基质表面的硬脂酸锰分子
然而，这是困难的，因为它们只有大约2纳米的小尺寸
解决办法是应用球形二氧化硅
单分子磁体沉积在直径约300纳米的球形二氧化硅颗粒上
由于这种基底的球形和相对小的尺寸，它们可以用透射电子显微镜清晰地观察到
特别是，该团队专注于观察这种球体的地平线(外围)，并检测锚定在其上的单分子磁体(图1和2)
被选作沉积磁性分子的基底的二氧化硅表面具有许多羟基，这些羟基可以变成锚定单元
锚定分子的方法依赖于将丁基腈基团连接到表面羟基单元，然后通过水解转化成丙基羧基
这些反过来，容易捕获和固定单个的Mn12-硬脂酸酯分子
然而，在间隔单元的帮助下，控制锚定单元分布的问题被克服，这允许在合成期间监控锚定单元的分布
这些材料是在波兰科学院核物理研究所分子工程和纳米电子学系的实验室合成的
涉及这些材料的工作自2018年以来一直在进行
使用透射电镜和振动光谱法测试所获得的物质的结构性质
使用超导量子干涉仪磁测法测定磁性
获得的结果直接证明研究小组设法将单个磁性粒子放置在二氧化硅表面
该程序是稳健的，可重复的，并且不复杂，因此它可以被配备有一般装备的实验室的科学和工业单位使用
此外，一种直接观察沉积在二氧化硅基底上的微小分子的非常简单的方法得以实现——使用透射电子显微镜可以清楚地看到Mn12-硬脂酸盐分子，尤其是在球形二氧化硅的水平附近
以前从来没有人应用过这个程序
一项同样重要的研究成果被证明是观察到单分子磁体保持了它们的特性，即使当它们彼此分离并嵌入在基底上时也是如此
此外，有可能根据锚定单元的浓度来确定锚定磁性分子的方式
获得的结果非常重要，并鼓励进一步研究这类材料
目前，该团队正致力于分析磁性测量的详细结果，这些物质被描述为Mn12-硬脂酸盐分子浓度的函数
科学家们还在研究制造的纳米复合材料的耐久性
下一步将是所获得系统的正则化
目前，磁性分子之间的距离在统计上受到调节，但最终，Mn12-硬脂酸盐单分子磁体将以规则的六边形结构排列在基底上
这可以通过使用具有薄膜形式的有序通道结构的中孔二氧化硅和基底的精确多阶段功能化来实现
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