맨체스터대, 캘리포니아대, 버클리와 미 해군 항공전 센터 공동연구팀:

KIC News, Volume 25, No. 2, 2022

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맨체스터대, 캘리포니아대, 버클리와 미 해군 항공전 센터 공동연구팀:

Dilanthanide 착물에 기반 기록적으로 강력한 분자 영구 자석 개발

최근 맨체스터 대학(University of Manchester), 캘리포니아 대학, 버클리(University of California, Berkeley)와 미 해군 항공전 센터(US Naval Air Warfare Center) 공동연구팀은 동일한 화합물 내에서 한 쌍의 란탄족(La) 이온 결합을 통해 초고자성 분자제조에 성공했다.

네오디뮴(Nd, neodymium) 및 사마륨(Sm, samarium) 과 같은 란탄족 원소는 전기 자동차 모터 및 풍력 터 빈에 사용되는 희토류 자석의 전이 금속과 함께 협 력한다. 즉, 희토류 자석에서 금속-금속 결합은 란 탄족과 전이 금속 파트너에서 짝을 이루지 않은 전 자 정렬을 도와 전체 자기성을 향상시키므로, 이런 방식으로 두 개의 란탄족을 결합 시 훨씬 더 큰 자성 을 얻을 수 있으나, 그들 사이의 결합형성은 어렵다.

새로운 자성 복합체는 3개의 요오드화물 음이온에 의해 가교되고 부피가 큰 방향족 리간드로 덮인 한 쌍의 란탄족 이온[예: 테르븀(Tb, terbium) 또는 디 스프로슘(Dy, dysprosium)]을 포함한다. 공유된 단

일 전자는 두 이온 사이의 결합(란타나이드-란타나이드 결합) 궤도에 있으며 이는 두 이온의 모든 짝을 이 루지 않은 전자를 정렬을 유도한다.

제작된 분자의 자기 특성의 경우, 테르븀과 디스프로슘 복합체가 각각 50 K와 60 K 아래로 냉각 시, 보 자력 자기장은 다른 어떤 분자나 상업용 영구 자석보다 훨씬 더 컸다(25T field).

현재 연구된 란탄족 착물 분자의 자성은 낮은 온도(80 K)에서만 발현되지만, 그럼에도 불구하고 이러한 딜란타나이드 복합체 기반 분자 자석은 강력하면서도 가벼운 새로운 유형의 영구 자석 개발에 크게 기여할 것으로 예상된다. 즉, 나노규모 자기 장치에 사용되거나 거대 자석으로 조립될 수 있고, 이진 논리의 1과 0을 나타내는 두 개의 안정적인 자기 상태 사이에서 복합체를 전환할 수 있는 데이터 저장 응용 자성 분자 개발에 이용될 수 있다.

연구성과는 AAAS의 Science 온라인판에 게재되었다(Science 2022, DOI: 10.1126/science.abl5470).

출처: 2022. 1. 13.

Chemical & Engineering News

작성: 손 희 상 (광운대학교)

Figure. 디스프로슘 이온(dysprosium ions)에 있는 짝을 이루지 않은 전자(Unpaired electrons)를 통해 강자성을 띄는 복합체 분자구조 형성(Credit:

Science