Una molécula. Un bit. 100 segundos — y la memoria magnética se acerca a su límite físico.

Químicos de la Universidad de Mánchester y de la Universidad Nacional de Australia han creado dos imanes moleculares basados en disprosio, capaces de conservar el estado magnético durante 100 segundos a temperaturas de hasta 40 K. Los nuevos compuestos también mantienen histéresis magnética hasta 91 y 92 K, y el elemento potencial de almacenamiento en ese sistema sería una molécula individual.

Los imanes monomoleculares, o SMM, se diferencian del material magnético habitual en que cada molécula es capaz de conservar por sí misma la dirección del momento magnético. Se pueden considerar dos direcciones estables como los estados de un futuro bit, por lo que reducir el elemento magnético a una sola molécula abre la vía a una densidad de grabación extremadamente alta. Los autores aún no han creado un dispositivo de almacenamiento completo; se trata de las propiedades del propio material magnético.

La principal limitación sigue siendo la temperatura. Uno de los indicadores importantes para los SMM mide el tiempo en el que la magnetización cambia espontáneamente debido a procesos térmicos y cuánticos. Los nuevos compuestos retuvieron la información magnética 100 segundos a temperaturas de hasta 40 K. Por eso el valor de 92 K no debe interpretarse como la temperatura a la que una memoria lista para usar podría almacenar datos de forma fiable durante largos períodos.

El valor de 92 K se refiere a la histéresis magnética. Al cambiar el campo magnético externo, la magnetización de la molécula depende del estado previo y forma la característica curva de histéresis. La conservación de ese lazo al aumentar la temperatura muestra la presencia de memoria magnética, pero no determina por sí sola el tiempo de retención del bit.

El nuevo trabajo combina dos diseños que antes mostraban resultados destacados en parámetros distintos. En el trabajo anterior un complejo casi lineal de disprosio demostró histéresis hasta 100 K, sin embargo, a temperaturas más bajas su magnetización se relajaba relativamente rápido. Otro imán amida ciclopentadienilo mantenía histéresis hasta 73 K. Los químicos intentaron combinar las fortalezas de ambos enfoques en una sola arquitectura molecular.

En el centro de los nuevos compuestos se encuentra un átomo de disprosio. Por un lado está rodeado por un ligando ciclopentadienilo, que hace la estructura más rígida; por el otro hay un ligando amida que forma un enlace corto disprosio-nitrógeno. Como resultado, los químicos lograron aproximar la molécula a una forma lineal, con un ángulo entre las direcciones principales de los enlaces que alcanza aproximadamente 172°.

Dicha geometría resultó importante para la estabilidad del estado magnético. Cálculos ab initio para uno de los compuestos mostraron que la velocidad de relajación magnética está determinada por la combinación de enlaces cortos del disprosio con los ligandos, la disposición casi lineal de los átomos y las vibraciones restringidas de la molécula. Una estructura más rígida y alargada reduce el número de vías por las que el momento magnético puede perder su dirección original sin superar la barrera energética completa.

El nuevo trabajo no establece un récord absoluto de temperatura, ya que la histéresis hasta 100 K se obtuvo en el complejo de disprosio anterior. El logro reside en otra cosa: los químicos consiguieron imanes moleculares con indicadores altos en varias características a la vez y mejorar notablemente la retención del estado magnético respecto a los sistemas amida previos.