ТМ 1993, 4
ФЕРРОМАГНЕТИКИ БЕЗ МЕТАЛЛОВ?
Известно, что магнитными свойствами обладает так называемая триада железо — кобальт — никель, еще некоторые металлы и сплавы. Свойство ферромагнетизма, собственно, и получило название от железа, возглавляющего эту группу. Однако у металлов существенный недостаток: они тяжелые! И кто бы отказался от магнитных материалов полегче? Стабильные при обычной комнатной температуре и сохраняющие магнитные свойства неопределенно долгое время, они могли бы найти широкий спектр применения: от создания «невесомых» электромоторов до разработки новых методов хранения информации.
За последние годы экспериментаторы не раз обнаруживали слабые ферромагнитные свойства у органических полимеров. Конечно, для практического применения в качестве «магнитов» такие соединения не годились, однако, как говорится, след был взят... И вот в 1991 году две группы ученых практически одновременно (с интервалом в какую-то пару месяцев) обнародовали полученные ими любопытные результаты.
Химикам Токийского университета во главе с Минору Киносита удалось синтезировать ферромагнитное органическое соединение только из легких элементов! В его состав входят углерод, водород, азот и кислород. Это органический кристалл, по структуре относящийся к гетероциклическим соединениям. Выразительное название «паранитрофенилнитронилнироксид», по счастью, в бытовом химическом обиходе сокращают до скромного символа p-NPNN. По мнению Кунио Авага, одного из создателей нового вещества, его ферромагнитные свойства объясняются наличием в молекулах p-NPNN так называемых непарных электронов, вследствие чего эти молекулы — с химической точки зрения — ведут себя аналогично ионам металлов. В результате взаимодействия спинов непарных электронов последние вступают в «ферромагнитное спаривание», ориентируя молекулы вещества в одном направлении. Таким образом, магнитные свойства полученного органического кристалла зависят от способа «упаковки» составляющих его молекул. Вообще-то для большинства твердых органических веществ характерно совсем иное — их молекулы вступают в «антиферромагнитное спаривание», так что p-NPNN в своем роде уникален.
Химическая формула ферромагнетика без металла. Отмечены непарные электроны, взаимодействие которых придает веществу магнитные свойства (связь N-0).
Но... всегда есть свое «но». Во-первых, магнитные свойства p-NPNN проявляются при температуре ниже 0,65 К (комнатной ее не назовешь). Во-вторых, его ферромагнетизм все-таки слаб. Разработчики осторожничают:
создать сильный магнит только из органического материала, без включения металлов, «в принципе весьма сложно».
Группа химиков из США, возглавляемая Джоэлем Миллером, синтезировала органометаллический ферромагнетик на основе ванадия и органической группы тет-рацианоэтилена. Он сохраняет магнитные свойства почти до 350 К, что соответствует 77° С, и температурный критерий, следовательно, соблюден... Увы, без «но» не обошлось и тут: вещество оказалось крайне нестабильным и при взаимодействии с воздухом быстро разлагается даже при обычной комнатной температуре.
Тем не менее первые шаги по пути к органическому магниту сделаны. И в этом направлении поспешно устремились многие химические лаборатории...
По публикациям журналов Physical Reveiew Letters, Science, New Scientist.