Novo composto molecular projetado com aplicações tecnológicas em nanoescala

Uma equipe liderada pelo Laboratório de Nanociência Molecular da Faculdade de Química da Universidade de Barcelona projetou um novo composto molecular à base de gadolínio (Gd), um elemento químico capaz de gerar um efeito magnetocalórico, de particular interesse na área. do magnetismo molecular e no design de dispositivos com aplicações tecnológicas em nanoescala.

O artigo, publicado no Revista de Química de Materiais A, é de autoria da professora Carolina Sañudo, da Faculdade de Química da UB e do Instituto de Nanociências e Nanotecnologia (IN2UB), e inclui grande parte da pesquisa realizada por Subodh Kumar, aluno do mestrado em Nanociências da UB, e Ph. D. estudante Guillem Gabarró, ambos coautores do artigo.

Refrigerantes magnéticos em nanoescala

Materiais bidimensionais (2D) são compostos que proporcionam desempenho excepcional para projetar heteroestruturas – a união de diferentes materiais com propriedades diferentes – ou para dispositivos multifuncionais. Especificamente, o novo composto é baseado em gadolínio (Gd), um elemento químico de terras raras que possui sete elétrons desemparelhados e pode atuar como refrigerante magnético.

No estudo, a equipe do Laboratório de Nanociência Molecular da UB preparou um compósito 2D(III). Este composto é apresentado na forma de um material maciço do tipo treliça de cátions metálicos e ligantes orgânicos (estrutura metal-orgânica, MOF). Uma particularidade dos compostos de Gd(III) é que eles são ativos em temperaturas extremamente baixas.

“Este MOF é especial porque é bidimensional. Os MOFs 2D são equivalentes metal-orgânicos ao grafeno e, como este composto, podem ser esfoliados em monocamadas ou em agregados de algumas monocamadas em escala nanométrica”, diz Carolina Sañudo, professor do Departamento de Química Inorgânica e Orgânica da UB.

Neste composto, cada íon Gd(III) se comporta como se fosse um ímã de molécula única (SMM). Como é um composto de rede 2D, cada monocamada é uma rede ordenada de SMMs. Além disso, possui alta entropia magnética e efeito magnetocalórico (MCE) devido ao fato de conter Gd(III).

“O estudo destes materiais magnéticos multifuncionais envolve uma tarefa multidisciplinar onde a caracterização dos materiais por diversas técnicas, como magnetometria dc/ac, calorimetria, luminescência e dicroísmo circular magnético de raios X, é crucial”, observa Elena Bartolomé, investigadora do ICMAB-CSIC.

No artigo, a equipe conseguiu cultivar nanocristais do composto em uma superfície semicondutora de silício, um passo decisivo para poder utilizar materiais moleculares em dispositivos para aplicações tecnológicas.

As descobertas do novo estudo indicam que é possível usar compostos de gadolínio para resfriamento magnético em dispositivos. “Não só conseguimos nanoestruturar o material de um semicondutor, mas também mostramos que o efeito magnetocalórico é mantido em nanoescala, e o novo composto pode funcionar como um refrigerante de superfície magnética”, diz a pesquisadora Carolina Sañudo.

Materiais de rede bidimensionais – ou MOFs 2D – têm aplicações potenciais dependendo do metal com o qual são formados. O novo compósito tem duas propriedades principais: é uma molécula magnética (SMM) e exibe o efeito magnetocalórico (MCE). SMMs são moléculas magnéticas que podem ser aplicadas como alternativas à miniaturização do armazenamento de informações, onde cada molécula ou íon de Gd(III) atua como um bit.

Ter os SMMs perfeitamente ordenados em 2D apresenta muitas vantagens que o grupo de investigação pretende explorar em futuras linhas de investigação. No campo da refrigeração magnética, os nanocristais depositados no semicondutor podem ser utilizados como refrigerantes de superfície em temperaturas criogênicas, propriedade de interesse para diminuir a temperatura dentro de circuitos ou dispositivos eletrônicos.

Desde 2020, o Laboratório de Nanociência Molecular da UB trabalha com compostos à base de elementos de terras raras, como disprósio (Dy), térbio (Tb) e európio (Eu). “Compostos de disprósio ou térbio são materiais de rede 2D de moléculas magnéticas. Com térbio, európio ou misturas de térbio e európio também podemos obter materiais altamente luminescentes que podem ser usados ​​como tintas de segurança”, conclui Sañudo.