Sleutelen aan magnetisme in organische verbindingen
Een specifieke groep van organische verbindingen, metaal-phthalocyanines, vertonen magnetisme dat je gericht kunt wijzigen door in hun kristalstructuur in te grijpen. Zo blijkt uit experimenten die afgelopen week in Nature beschreven zijn. Het kan de opstap zijn naar moleculaire materialen met op maat ingebouwd magnetisme, zo schrijven Jeroen van den Brink (Leiden/Nijmegen) en Alberto Morpurgo (Delft) in een begeleidend commentaar.
Organische stoffen krijgen toenemende belangstelling van natuurkundigen die op zoek zijn naar nieuwe materialen voor microelektronica, zonnecellen en zo meer. Een voorname reden is dat organische stoffen vaak veel goedkoper en beter hanteerbaar zijn dan de traditionele materialen die natuurkundigen onderzoeken en gebruiken. Organische materialen zijn echter zelden magnetisch, wat een beperking op toepassingen is. Een uitzondering vormen de zogeheten metaal-phthalocyanines (MPcs), die bestaan uit een metaalatoom, omgeven door een ring van stikstof-, koolstof- en waterstofatomen. De eerste van deze verbindingen, met koper als centraal atoom (CuPc), werd al een eeuw geleden ontdekt. Hij heeft een helblauwe kleur en is daarom zeer populair geworden als kleurstof. Sindsdien zijn er meer dan zeventig van dit soort moleculen gemaakt. Afhankelijk van hun centrale atoom - of soms een aantal atomen - vertonen ze zeer uiteenlopende eigenschappen. Ze worden bijvoorbeeld gebruikt als katalysatoren en zelfs als middel tegen kanker. Het was dus al duidelijk dat je aan MPcs kunt sleutelen. S. Heutz en collega's uit Londen hebben nu laten zien dat je het magnetisme van MPcs kunt veranderen door in de kristalstructuur in te grijpen. Dit biedt mogelijk de weg naar het op maat inbouwen van magnetisme in moleculaire materialen, zo schrijven Jeroen van den Brink (FOM/Universiteit Leiden en Radboud Universiteit Nijmegen) en Alberto Morpurgo (Technische Universiteit Delft) deze week in een commentaar in Nature.
Van den Brink publiceert binnenkort, samen met Gianluca Giovannetti (Leiden en het instituut MESA+ in Twente) en Geert Brocks (MESA+), in Physical Review Letters de resultaten van berekeningen over het veranderen van de elektronische structuur van CuPc door er kalium aan toe te voegen. Morpurgo en zijn groep in Delft hebben recent experimenteel laten zien dat je dunne lagen van CuPc en andere phthalo-materialen inderdaad van eigenschappen kunt laten veranderen door er andere atomen aan toe te voegen. De groep liet zien dat ze de films op die manier metaaleigenschappen konden geven. Berekeningen van Van den Brink tonen aan dat de zo veranderde films inderdaad intrinsiek metallisch zijn, dus alle wezenlijke kenmerken van een metaal bezitten. Zoals zo vaak zijn deze systemen dan bovendien boeiende modelsystemen voor verder fysisch onderzoek.
Meer informatie bij prof.dr. Jeroen van den Brink, Instituut-Lorentz, Universiteit Leiden, telefoon (071) 527 54 00.