Ģ��ֱ��

Taponen keskittyi väitöskirjatutkimuksessaan 1,2,3,5-ditiadiatsolyyli- (DTDA) ja 1,2,3,5-diselenadiatsolyyliradikaaleihin (DSDA) sekä niiden N-alkyloituihin kationianalogeihin yhdistettynä 7,7´,8,8´-tetrasyanokinodimetaanista (TCNQ) muodostetun anioniradikaalin kanssa. Erityisen kiinnostuksen kohteena oli N-metyloidun-1,2,3,5-DTDA:n ja TCNQ:n muodostama suola, jolla havaittiin hystereettinen magneettinen bistabiilisuusilmiö, jossa huoneenlämpötilan yläpuolella yksittäisenä esiintyvät TCNQ-radikaalit yhdistyvät lämpötilan laskiessa toisiinsa muodostamalla C–C-sidoksen.

”Lämpötilan muutoksella aikaansaatuun kemiallisen sidoksen muodostumiseen ja avautumiseen liittyy systeemin magneettisen tilan muutos. Merkittävää tässä tapauksessa on se, että kyseinen yhdiste ei reagoi lämpötilan muutokseen välittömästi vaan hieman viiveellä, minkä takia sidoksen katkeaminen lämmitettäessä tapahtuu korkeammassa lämpötilassa kuin sen muodostuminen jäähdytettäessä. Tätä ilmiötä kutsutaan hystereesiksi ja toisinaan myös magneettiseksi muisti-ilmiöksi, koska yhdiste ikään kuin muistaa sen, miten sitä on muokattu ulkoisten olosuhteiden muutosten kautta”, Taponen kertoo.

Valmistettu yhdiste on tutkimuksellisesti erittäin mielenkiintoinen, sillä hystereesi-ilmiötä voidaan hyödyntää käytännön sovelluksissa. ”Tällaiset yhdisteet ovat kuin pieniä molekyylitason kytkimiä, joiden tilaa voidaan vaihtaa muuttamalla ulkoisia olosuhteita. Parhaimmassa tapauksessa yksittäinen molekyyli voisi toimia esimerkiksi informaation tallennuksen perusyksikkönä eli bittinä”, Taponen havainnollistaa.

Väitöskirjatutkimuksen jälkimmäisessä osassa Taponen keskittyi kartoittamaan tarkemmin tekijöitä, jotka johtivat tutkitulla yhdisteellä havaittuun hystereesi-ilmiöön. Tutkimuksessa selvitettiin niin yhdisteen N-alkyyliketjun pituuden, radikaalikationin (DTDA vs. DSDA), synteesissä käytetyn liuottimen kuin vasta-anionin vaikutus valmistettujen suolojen kiinteän tilan rakenteisiin ja magneettisiin ominaisuuksiin. ”Valitettavasti millään toisella radikaalisuolalla ei kuitenkaan havaittu samanlaista hystereesi-ilmiötä. Tämä osoittaa sen, kuinka pienet muutokset olosuhteissa tai käytetyissä lähtöaineissa johtavat isoihin muutoksiin valmistetun suolan kiinteän tilan rakenteessa ja näin myös sen ominaisuuksissa”, Taponen selventää.

Kokonaisuutena väitöskirjatutkimus tuotti runsaasti uutta tietoa, jota voidaan hyödyntää uusien seuraavan sukupolven funktionaalisten molekulaaristen materiaalien suunnittelussa ja valmistamisessa. ”Vaikka orgaanisiin radikaaleihin perustuvat magneettiset materiaalit eivät ole vielä päätyneet kaupallisiin sovelluksiin, on tieteenala kehittynyt nopeasti niihin liittyvien käytännön hyötyjen innoittamana. Molekyyleihin perustuvat magneettiset materiaalit ovat keveitä, liukoisia ja synteettisesti muokattavia, joten niitä voitaisiin käyttää aloilla, joihin perinteiset, pääosin metallipohjaiset, magneetit eivät sovellu. Yhtenä esimerkkinä potentiaalisesta sovellusalasta on nanokokoisten elektroniikan komponenttien valmistus”, Taponen lisää.

Linkki väitöskirjan verkkojulkaisuun: 

FM Anni Taposen väitöskirjan "Radical-Ion Salts based on Thiazyls and Tetracyanoquinodimethane: Hysteretic Magnetic Bistability in a Multicomponent System" tarkastustilaisuus 24.3.2023 klo 12. Vastaväittäjänä professori Delia Haynes (Stellenbosch University, Etelä-Afrikka) ja kustoksena professori Heikki Tuononen (Jyväskylän yliopisto). Väitöstilaisuuden kieli on englanti.