4 juni 2012
Magnetisch zuurstof gedraagt zich als overgangsmetaal
Onderzoekers van de Stichting FOM, de Rijksuniversiteit Groningen en de Radboud Universiteit Nijmegen hebben een nieuwe type magnetisme ontdekt, gebaseerd op het relatief licht element zuurstof. Dit biedt de mogelijkheid om nieuwe, op zuurstof gebaseerde magneten te ontwerpen. Dit kan gevolgen hebben binnen het vakgebied van de spintronica, omdat lichte elementen bijzondere voordelen bieden. Bovendien kan dit op de lange termijn de basis blijken voor een magnetisch bit, te gebruiken in snelle energiezuinige computers. De resultaten zijn op 1 juni verschenen in het toonaangevende tijdschrift Physical Review Letters, met aanbeveling van de editor.
afbeelding: Kristalstructuur van cesiumsuperoxide
Kristallen van cesiumsuperoxide (CsO2) blijken bijzondere magnetische eigenschappen te hebben. Magnetische materialen hebben ongepaarde elektronen. Dat komt meestal alleen voor bij zwaardere elementen zoals de overgangsmetalen (bijvoorbeeld ijzer) of bij de zeldzame aardmetalen (bijvoorbeeld neodymium). Nu blijkt dat ook het relatief lichte element zuurstof in cesiumdioxide (CsO2) zich kan gedragen als overgangsmetaal. Het superoxide heeft een ongepaard elektron en is dus magnetisch. De magnetische eigenschappen van superoxides zijn tot heden weinig bestudeerd.
De banen van de vrije elektronen blijken sterk geordend in deze kristallen. Deze zogenaamde orbitaalordening is tot nu toe alleen aangetoond voor overgangsmetaalverbindingen. Het onderzoeksteam gebruikte echter een combinatie van theorie en experiment om aan te tonen dat dat ook in een superoxide kan plaatsvinden. Zij koppelden de magnetische momenten van de ongepaarde elektronen (de zogenaamde spins) van CsO2 antiparallel tot een één-dimensionale spin-keten. Dit betekent dat de magnetische interacties tussen naburige moleculen alleen in één richting van de kristalstructuur voorkomen. Het mechanisme dat deze spin-keten veroorzaakt is gebaseerd op de moleculaire banen waarin de ongepaarde elektronen zich bevinden.
Referentie
Antiferromagnetic S = ½ Spin Chain Driven by p-Orbital Ordering in CsO2, Syarif Riyadi, Baomin Zhang, Robert A. de Groot, Antonio Caretta, Paul H.M. van Loosdrecht, Thomas T.M. Palstra, and Graeme R. Blake (op 25 mei online verschenen).
