分子ベースの磁石

分子磁石（MBM）または分子磁石は、強磁性やその他のより複雑な磁気現象を示すことができる材料のクラスです。このクラスは、磁石に通常関連付けられる材料特性を拡張して、低密度、透明性、電気絶縁性、低温製造などを含め、磁気秩序と光応答性などの他の特性を組み合わせたものです。基本的に、従来の遷移金属磁石や希土類磁石に関連する一般的な磁気現象はすべて、分子磁石に見られます。^{[1] [2]} 2011年以前は、MBMは「キュリー温度（T _c）が室温を超える磁気秩序」を示すと考えられていました。^{[2] [3]}

MBMの最初の合成と特性評価は、1967年にウィックマンと同僚によって達成されました。これはジエチルジチオカルバメート-Fe(III)塩化物化合物でした。^{[4] [5]}

1992年2月、ガッテスキとセソリは、安定した有機ラジカルが金属イオンと結合したシステムの製造に特に注目したMBMに関する論文を発表しました。^[6]その時点で、記録された最高のTcはSQUID磁力計によって30Kと測定されました。^[7]

この分野は1996年に『分子磁性：分子集合体からデバイスまで』という本の出版によって爆発的に成長した。^[8]

2007年2月、de Jongらは薄膜TCNE MBMを原位置で成長させ^[9] 、 2007年9月にはTCNE有機ベース磁性半導体で光誘起磁性が実証された^{[10] 。}

2011 年 6 月のChemical Society Reviews号はMBM 特集号でした。Miller と Gatteschi による論説では、TCNEと室温以上の磁気秩序化、そして MBM のその他の多くの珍しい特性について言及されています。^[2]

分子ベースの磁石が安定して正味の磁気モーメントを発揮するメカニズムは、従来の金属およびセラミックベースの磁石のメカニズムとは異なります。金属磁石の場合、不対電子は、電子が伝導帯の軌道を満たす方法により、量子力学的効果（交換と呼ばれる）を通じて整列します。ほとんどの酸化物ベースのセラミック磁石の場合、金属中心の不対電子は、介在する反磁性架橋酸化物（超交換と呼ばれる）を介して整列します。分子ベースの磁石の磁気モーメントは、通常、3 つの主なメカニズムの 1 つ以上によって安定化されます。^[要出典]

• 空間または双極子結合を介して
• 同じ空間領域内の直交（重なり合わない）軌道間の交換
• 不等スピン中心の反強磁性結合による正味モーメント（フェリ磁性）

一般に、分子ベースの磁石は低次元性である傾向がある。鉄やその他の強磁性材料をベースにした古典的な磁性合金は金属結合を特徴とし、すべての原子は結晶格子内のすべての最も近い隣接原子と本質的に結合している。したがって、スピン中心間の相互作用が強いため、これらの古典的な磁石が秩序だった磁気状態に移行する臨界温度は高くなる傾向がある。しかし、分子ベースの磁石は分子実体上にスピンベアリングユニットを持ち、多くの場合、方向性のある結合をしている。場合によっては、化学結合は1次元（鎖）に制限される。したがって、スピン中心間の相互作用も1次元に制限され、秩序化温度は金属/合金タイプの磁石よりもはるかに低くなる。また、磁性材料の大部分は本質的に反磁性であり、正味の磁気モーメントにはまったく寄与しない。^[要出典]

2015年に、水懸濁液中のオキソ二量体Fe(サレン)ベースの磁石（「抗癌ナノ磁石」）が、化学療法、[ 11 ^{] [12] [13] [14]} 磁気薬物送達、磁気共鳴画像法（MRI）、磁場誘発性局所温熱療法などの医療用途が期待される、固有の室温での強磁性挙動と抗腫瘍活性を示すことが示されました。

分子ベースの磁石は、従来の磁石とはいくつかの点で異なる材料のクラスを構成します。従来の磁性材料のほとんどは、純粋な金属 (Fe、Co、Ni) または金属酸化物 (CrO ₂ ) で構成されており、正味の磁気モーメントに寄与する不対電子スピンは、d 型または f 型軌道の金属原子にのみ存在します。^{[引用が必要]}

分子ベースの磁石では、構造構成要素は分子の性質を持っています。これらの構成要素は、純粋な有機分子、配位化合物、またはその両方の組み合わせです。この場合、不対電子は孤立した金属原子の d 軌道または f 軌道に存在する可能性がありますが、純粋な有機種では高度に局在化した s 軌道および p 軌道に存在する可能性もあります。従来の磁石と同様に、保磁力の大きさに応じて、ハード磁石またはソフト磁石に分類できます。^[要出典]

もう一つの特徴は、分子ベースの磁石は、高温冶金処理や電気めっき（磁性薄膜の場合）ではなく、低温溶液ベースの技術で製造されることです。これにより、分子構成要素を化学的に調整して磁気特性を調整できます。^[要出典]

具体的な物質としては、有機ラジカルから作られた純粋な有機磁石、例えばp-ニトロフェニルニトロニルニトロキシド、^[15]デカメチルフェロセニウムテトラシアノエテニド、^[16]架橋有機ラジカルを含む混合配位化合物、^[17] プルシアンブルー関連化合物、^[18]および電荷移動錯体^[19]などが挙げられる。

分子ベースの磁石は、スピンベアリング分子実体の協同効果から正味モーメントを引き出し、真の臨界温度でバルク強磁性およびフェリ磁性挙動を示すことができます。この点で、分子ベースの磁石は、本質的に超常磁性体である単分子磁石（真の臨界温度ではなくブロッキング温度を示す）とは対照的です。この臨界温度は、材料が単純な常磁性体からバルク磁石に切り替わる点を表し、交流磁化率と比熱測定によって検出できます。 ^{[引用が必要]}