Le cadre chimique synthétique peut changer les états de spin magnétique à des températures proches de celles ambiantes

Une découverte révolutionnaire en science des matériaux a émergé de l'Indian Institute of Science (IISc), où des chercheurs ont développé des cadres chimiques synthétiques capables de changer les états de spin magnétique à des températures presque ambiantes. Cette innovation marque un bond en avant significatif dans le domaine des matériaux intelligents, qui sont conçus pour répondre dynamiquement à divers stimuli externes tels que la lumière, la chaleur, la pression, les champs magnétiques et les champs électriques.

Au cœur de cette recherche se trouvent deux études menées par Abhishek Mondal, professeur agrégé à l'Unité de chimie des solides et de la chimie structurelle (SSCU) de l'IISC. Son équipe a synthétisé de nouveaux cadres chimiques composés de cristaux hautement poreux formés à partir de couches métalo-organiques auto-assemblées. Ces matériaux présentent la remarquable capacité de subir une commutation magnétique réversible, ce qui en fait des candidats prometteurs pour une utilisation dans les unités de stockage de données de nouvelle génération, les processeurs quantiques et les capteurs industriels avancés.

L'un des principaux défis abordés par l'équipe de Mondal implique les limites des matériaux poreux traditionnels utilisés pour la détection de gaz ou de liquide. En général, ces matériaux connaissent une expansion et une contraction limitées en raison de l'absorption localisée des forces au sein de la structure en treillis. Pour surmonter cela, les chercheurs ont conçu un nouveau complexe chimique comportant une matrice élastique. Cette approche innovante permet une propagation transparente des changements d'état de spin dans tout le matériau, ce qui entraîne un comportement coopératif qui permet à l'ensemble du matériau de renverser son état magnétique.

Un autre aspect crucial de cette recherche concerne la plage de température opérationnelle des matériaux. Les matériaux contemporains nécessitent souvent des températures ultra-basses, généralement inférieures à 50 K (-223 ° C), pour fonctionner efficacement. De telles conditions nécessitent des systèmes de refroidissement à forte intensité énergétique, qui sont coûteux et peu pratiques pour une application généralisée. Pour résoudre ce problème, l'équipe a développé un cadre hexagonal 2D qui facilite les transitions magnétiques près des températures ambiantes.

En synthétisant un complexe de précurseurs qui réagit avec les solvants environnants et l'humidité atmosphérique, les chercheurs ont obtenu un composé très stable capable de présenter des transitions magnétiques distinctes à environ 240 K et 310 K (environ -33 ° C et 37 ° C).

Les implications de cette recherche vont au-delà des technologies de détection. La capacité de manipuler les états magnétiques au niveau atomique ouvre des portes aux progrès des technologies quantiques. Ces matériaux peuvent agir comme des commutateurs moléculaires, changeant entre deux états magnétiques lors de l'exposition à la lumière, à la chaleur ou à la pression. Cette capacité s'aligne étroitement sur les principes sous-jacents à l'informatique quantique, où les informations peuvent être stockées et traitées de manière fondamentalement nouvelle. Bien que les ordinateurs quantiques pratiques restent en développement, de telles découvertes jetent les bases essentielles des futures innovations dans les technologies d'informatique, de communication et de détection.

Les centres de données modernes et les appareils électroniques consomment d'énormes quantités d'énergie, et le développement de matériaux plus efficaces pourrait conduire à une consommation d'énergie réduite et à des technologies plus durables.

Au fur et à mesure que la recherche progresse, l'équipe vise à mettre à l'échelle les structures complexes pour créer des capteurs intelligents de capture de gaz capables de détecter de manière sélective des gaz industriels critiques tels que le méthane (CH4), le monoxyde de carbone (CO) et le dioxyde de carbone (CO2) avec une sensibilité élevée.