Organometallische Magnete

Kanadischen Wissenschaftlern gelang die Synthese von metallorganischen Verbindungen, die selbst bei Raumtemperatur einen stabilen Magnetismus aufweisen.

Vancouver (Kanada) – Legierungen aus Metallen wie Eisen, Nickel, Kobalt oder Mangan stehen heute für Dauermagnete zur Verfügung. Doch auch organische Metallverbindungen zeigen ein magnetisches Verhalten, bisher allerdings nur bei tiefen Temperaturen. Kanadischen Wissenschaftlern gelang nun die Synthese von metallorganischen Verbindungen, die selbst bei Raumtemperatur einen stabilen Magnetismus aufwiesen. Diese neue Materialklasse, die sie in der Zeitschrift „Nature“ vorstellen, könnte in maßgeschneiderten Magneten viele technische Anwendungen finden.

„Bisher waren Beispiele von magnetisch geordneten, molekularen Materialien nahe der Raumtemperatur extrem selten“, schreiben Raysapan Jain und seine Kollegen von der University of Victoria und der University of British Columbia in Vancouver. Das änderten sie nun durch die Reaktion einer organischen Nickel-Verbindung (bis(1,5-cyclooctadien)-Nickel) mit drei weiteren organischen Substanzen (Tetracyanoethylen, Tetracyanoquinodimethan, Dichlorodicyanobenzoquinon).

Verteilt in dem Lösungsmittel Dichloromethan rührten sie die Nickelverbindung jeweils mit einem der organischen Zusätze über mehrere Stunden unter einer Argon-Atmosphäre. Dabei knüpften die einzelnen aromatischen Verbindungen an den Nickel-Komplex an. Nachdem sie die Reaktionsprodukte gefiltert und getrocknet hatten, konnten diese selbst bei Raumtemperatur über äußere Magnetfelder dauerhaft magnetisiert werden.

Abb.: Die magnetischen Eigenschaften dieses organometallischen Materials sind selbst bei Raumtemperatur stabil. (Quelle: R. Jain, K. Kabir)

Die Analyse der Hysterese-Kurven ergab, dass die magnetischen Eigenschaften selbst bei Raumtemperatur stabil waren. Unter dem Rastertransmissionselektronenmikroskop (STEM) zeigten alle drei metallorganischen Verbindungen amorphe Strukturen mit unregelmäßigen Körnern in der Größenordnung von bis zu 30 Nanometern. Photoelektronenspektren im Röntgenbereich gaben Hinweise auf superparamagnetische Nickel-Nanopartikel. In diesen sehen die Forscher die dominante Quelle für den Magnetismus.

Ein genaues Strukturmodell konnten sie bisher noch nicht entwickeln. Doch soll es nach bisherigen Messungen deutlich von dem für bisher bekannte metallorganische Magnete abweichen. Das legt die Vermutung nahe, dass es sich um eine komplett neue Materialklasse handelt. „Diese Klasse von stabilen Magneten rangiert zwischen konventionellen, anorganischen Magneten und reinen molekular-basierten Magneten“, schreiben Jain und Kollegen.

Der Nutzen dieser Entdeckung könnte weit reichen. Denn klassische Dauermagnete werden über aufwändige, metallurgische Verfahren aus heißen Schmelzen hergestellt. Dieser neue Weg mit chemischen Lösungen braucht dagegen keine hohen Temperaturen. Zudem vermuten die Forscher, dass sich die magnetischen Eigenschaften gezielt über die Wahl der organischen Verbindungen beeinflussen lassen. Da die resultieren Materialien selbst bei Temperaturen über 20 Grad Celsius stabil sind, versprechen sie sich zahlreiche Anwendungen in elektrischen Messgeräten, Sensoren und winzigen Aktuatoren.

Jan Oliver Löfken

Weitere Infos:

• Originalveröffentlichung:
  Rajsapan Jain et al., High-temperature metal-organic magnets, Nature 445, 291 (2006).
  http://dx.doi.org/10.1038/nature05439
• University of Victoria:
  http://www.uvic.ca
• Department of Chemistry:
  http://www.chemistry.uvic.ca
• University of British Columbia:
  http://www.ubc.ca
• Department of Chemistry:
  http://www.chem.ubc.ca