Publicació a Inorganic Chemistry Frontiers: funcionalització de superfícies amb molècules magnètiques i luminescents de lantànids

La Dra. Elena Bartolomé acaba de publicar a la revista Inorganic Chemistry Frontiers, (IF-7.78) l’article titulat “Towards large area surface functionalization with luminescent and magnetic lanthanoid complexes”, en col·laboració amb la Dra. C. Sañudo, J. Jover i en G. Gabarró, del Dep. de Química Inorgànica i Orgànica de la Universitat de Barcelona, i en Dr. J.R. Zuazo de l’ESRF – ICMM de Madrid.

El dipòsit superficial i homogeni de molècules sobre una àrea del substrat de gran extensió és difícil d’aconseguir, però extremadament important per a les aplicacions proposades de molècules magnètiques en emmagatzematge de dades, processament d’informació o espintrònica molecular.

En aquest treball s’ha presentat un mètode senzill per funcionaritzar àrees de gran superfície i empeltar molècules complexes de manera organitzada. Es mostra una prova de concepte realitzada empeltant els complexos [Ln2(SYML)3(H2O)] de Ln = Eu(III) i Dy(III) sobre Si funcionaritzar, en la qual s’han obtingut cobertures homogènies del Si(100) d’uns 1 cm × 1 cm. En el cas del complex d’Eu, s’ha utilitzat la luminescència per seguir el procés.

Figura 1. Esquerra: (a) el ligand SYMLH2 (b) estructura cristal·lina del complex d’Eu, on cada ligand es mostra d’un color; (c) dimer supramolecular; (d) empaquetament cristal·lí al llarg d’eix-a, i (d) del pla bc. Dreta: possible mode d’empelta de la molècula [Ln2(SYML)3(H2O)] sobre el substrat de Si funcionaritzat.

L’espectroscòpia de masses d’ions secundaris del temps de vol (ToF-SIMS) confirma la presència de la molecular esperada. A més les mesures de difracció de raigs X amb incidència rasant (GIXRD) realitzades en el sincrotró de l’ESRF a Grenoble mostren orientacions preferides i dominis ordenats de les molècules. Les propietats magnètiques i l’anisotropia de la monocapa de molècules empeltades es van examinar mitjançant la tècnica del dicroisme circular magnètic de raigs X (XMCD) al sincrotró ALBA de Barcelona. Els resultats mostren que existeix una fracció de molècules amb una orientació preferida del seu eix fàcil de magnetització a 30° respecte de la direcció normal a la superfície.

Figura 2. (a) Espectres de XAS i XMCD registrats a 6 T i 4 K en funció de l’angle d’incidència del feix respecte a la normal (θ) per a una mostra, de la mostra [Dy2(SYML)3(H2O)] emplatada sobre Si funcionaritzat, I en pols; (b) dependència angular del moment magnètic orbital (mL), espinorial (ms) i total (mTOT). El panell inferior mostra la dependència angular de mTOT(θ) esperada per a molècules amb el seu eix de fàcil imanació (EAM) orientat fora del pla (OOP), dins del pla (IP) i amb un angle alpha = 30°, respecte al substrat normal (vegeu requadre), així com la simulació corresponent a una combinació lineal (LC) del 20% de molècules amb l’EAM orientat a 30° i una fracció del 80% de les molècules amb EAM orientat aleatòriament.

Publicació de la Dra. E. Bartolomé a JACS: origen de l’espí S=9 en l’anell molecular Cr10

La Dra. Elena Bartolomé acaba de publicar l’article titulat “Origin of the unusual ground-state spin S=9 in a Cr10 single-molecule magnet” al Journal of the American Chemistry Society (JACS), una de les revistes més prestigioses en l’àrea de Química amb un índex d’impacte IF-16.38.

Aquest treball ha estat possible gràcies a una llarga i fructífera col·laboració multidisciplinària entre científics nacionals i internacionals: en Dr. J. Rubín, Dr. A. Arauzo, Dr. F. Bartolomé i Prof. J. Bartolomé de la Universidad de Zaragoza-Instituto de Ciencia y Nanomateriales de Aragón (INMA-CSIC); en Dr. J. Luzón, del CUD-Zaragoza; en Dr. F. Sedona, Dr. M. Rancan i Prof. L. Armelao, de la Universitat de Pàdua, i la Dra. E. Garlatti de la Universitat de Parma (Itàlia); la Dra. T. Guidi del ISIS labortory (UK); els Drs. F.Wilhelm i Dr. A. Rogalev del sincrotró ESRF de Grenoble; el Dr. A. Amann i Dr. S. Spagna de l’empresa Quantum Design.

Les rodes moleculars magnètiques són una subclasse d’imants moleculars molt interessants per les seves  propietats magnètiques intrínseques, com a sistemes de referència per la recerca de fenòmens quàntics macroscòpics coherents, i per la seva potencial aplicació en el processament d’informació quàntica. A més, la geometria plana i alta simetria de les molècules cícliques les fa atractives per al dipòsit sobre substrats, un pas crític en el camí cap a la fabricació de dispositius.

La roda molecular [Cr10(OMe)20(O2CCMe3)10], abreujada {Cr10}, és un cas rar entre les rodes basades en un nombre parell de metalls 3d, que solen presentar un estat fonamental antiferromagnètic (AF) (S = 0), ja que presenta un espí intermedi completament inusual (S = 9) i una  anisotropia no negligible, D/kB = -0.045 (2) K.

En aquest treball, s’ha aconseguit desvelar l’origen de l’espí S=9 en el {Cr10} que prové dels detalls més fins de l’estructura química de la roda, que donen lloc a una estructura d’interaccions d’intercanvi molt poc comuna. La resolució d’aquest problema ha estat possible gràcies a un estudi molt detallat de les propietats magnètiques de la roda, combinant diferents tècniques experimentals (magnetometria del monocristall, capacitat calorífica, dispersió de neutrons inelastics, XANES i XMCD, susceptibilitat ac fins a molt baixa temperatura de 0,1K) amb amplis càlculs numèrics de diferents tipus (ab initio, DFT, càlculs de Monte Carlo).

Les mesures de magnetometria angular realitzades en monocristall van confirmar el comportament anisòtrop axial del {Cr10}, (Figura 2, esquerra). Per a mostres en pols, la corba de χT(T) va demostrar un comportament general de l’anell ferromagnètic (FM) fins a T=1.8 K però, en canvi, la corba de magnetització M(H) no saturà als 30 μB/fu esperats per deu ions Cr3+ d’espí Si=3/2 espín acoblats FM, sinó a un valor molt inferior, corresponent a un espí total S=9 (Figura 2, dreta).

Figura 2. Esquerra: Dependència angular de la magnetització del monocristall (SC) del {Cr10}; Dreta: Mesures de magnetometria dc, (a) dependència amb el camp de la magnetització, M(H), a T = 1.8 K per una mostra en pols i SC, mesurat amb el camp magnètic aplicat paral·lel (EA), perpendicular (HA) a l’eix de fàcil imanació, i a un angle intermedi; (b) dependència amb la temperatura del producte de la susceptibilitat-per-T, χT(T) per a les mateixes mostres.

Aquests resultats es van poder racionalitzar utilitzant un model magnètic, que inclou l’anisotropia del clúster, en què la roda {Cr10} està formada per dues semirodes, cadascuna amb quatre spins Cr3+ acoblats FM (JFM/kB = 2.0 K), separats per dos ions Cr3+  acoblats AF asimètricament (J23/kB = J78/kB = -2,0 K; J34/kB = J89/kB = -0,25 K), Figura 3.

Figura 3. Model magnètic per al {Cr10}: (a) esquema d’acoblament i (b−e) corbes magnètiques calculades amb un model Monte Carlo clàssic al llarg de l’eix fàcil (EA, blau) I difícil (HA, vermell), i amb Monte Carlo quàntic tan sols al llarg de la direcció EA (verd), amb els paràmetres d’acoblament JFM/kB= 2.0 K, J23/kB = −2.0 K, J34/kB = −0.25 K, Di/kB = −0.31 K.

Aquest model d’acoblament tan singular sorgeix de l’asimetria en les interaccions que es produeix a causa de petites distorsions en els angles dels ponts alcoxi Cr−O−Cr que acoblen els ions Cr3+, tal com demostren els càlculs ab initio i DFT, mentre que l’anisotropia total del clúster es pot correlacionar amb les anisotropies individuals calculades per cadascun dels ions Cr3+ de la roda, Figura 4.

Figura 4. (a) – (b) Eixos de fàcil imantació (EAM) calculats per ab initio per al {Cr10} ring; (c) Correlació entre els angles dels ponts alkoxi Cr−O−Cr I les constants acoblaments Jij calculades per DFT entre ions Cri-Crj consecutius de la roda.
 

Les mesures d’Inelastica Neutron Scattering (INS) van permetre confirmar el model d’acoblament proposat, que dona lloc a un estat fonamental amb espí total S = 9 I un primer estat excitat S = 8 (Figura 5, esquerra).

Finalment, mitjançant mesures de susceptibilitat ac fins a 0.1 K es va comprovar que el {Cr10} es comporta com a imant molecular, amb una energia d’activació de U/kB = 4,0 (5) K en absència de camp aplicat (Figura 5, dreta).

Figura 5. Esquerra: Spectre d’Inelastic Neutron Scattering (INS) del {Cr10}, mesurat a  T = 1.8 i 5.0 K; i nivells d’energia calculats amb el model d’acoblament proposat. Dreta: Components real i imaginària de la susceptibilitat ac, i dependència del temps de relaxació amb la inversa de la temperatura.

Participació en el European Congress on Molecular Magnets (ECMM)

La Dra. Elena Bartolomé va assistir al 8è Congrés Europeu sobre Magnetisme Molecular (ECMM) celebrat en el convent dels Jacobins a Rennes (França), durant la primera setmana de juliol. Aquest congrés havia estat ajornat un any a causa de la pandèmia.

L’Elena va presentar un pòster sobre l’estudi del “Magnetisme d’un compost de coordinació molecular 8RE-CP” capaç de coordinar fins a 8 ions de terres rares diferents, realitzat en col·laboració amb el Dr. J.Giner de l’ICMAB.

Congrés ECMM celebrat a Rennes (França). Pòster presentat per la Dra. E. Bartolomé (EUSS) sobre el “Magnetisme d’un compost de coordinació de 8 terres rares”.

A més, es van presentar dos treballs sobre “Materials 2D magnètics i luminescents: des de la química de superfície fins a la síntesi de multigrams” i un pòster sobre la “Funcionalització de superfícies amb complexos Schiff-base luminescents i magnètics”, en col·laboració amb la Dra. C. Sañudo i en G. Gabarró, de la Universitat de Barcelona.

Contribucions als treballs “Materials 2D magnètics i luminescents”, presentat per la Dra. C. Sañudo, i “Funcionalització de superfícies amb complexos Schiff-base magnètics i luminescents”, presentat per en Guillem Gabarró (UB).

Assistència al congrés International Association for Spectral Imaging IASIM 2022

El professor de l’EUSS Dr. Jordi Cruz va assistir al congrés International Association for Spectral Imaging (IASIM) 2022 que es va celebrar del 3 al 6 de juliol de 2022 a Esbjerg (Dinamarca), sent un dels congressos més prestigiosos que es realitzen en el camp de la Imatge hipersespectral.

Pòster presentat.

El professor va presentar un pòster titulat “Counterfeit detection in turmeric powder samples by using hyperspectral Raman Spectroscopy”.

En el pòster s’estudia com detectar falsificacions i adulteracions en mostres d’un fitoproducte com la cúrcuma mitjançant la imatge hipersespectral que no només ens donarà informació quantitativa sobre la mostra, sinó que també ens dóna informació sobre la distribució espacial dels curcuminoides dins de les mostres. 

Façana de l’Aalborg University (Campus d’Esbjerg).

Va visitar el campus d’Esbjerg de l’Aalborg University i es va reunir amb el professor Sergey Kucheraski per parlar de futures col·laboracions entre les titulacions d’Enginyeria en Energies Renovables i Eficiència Energètica de l’EUSS i l’Enginyeria d’Energies Renovables a Esbjerg.

Interior de la facultat de Bioenginyeria, Enginyeria Química i Enginyeria d’Energies Renovables.

Publicació a la revista: “Avances de Investigación en Educación Matemática”

El professor de l’EUSS Dr. Ignasi Florensa, acaba de publicar un article a la revista Avances de Investigación en Educación Matemática, titulat “Contribuciones de los recorridos de estudio e investigación en la universidad: el caso de la formación del profesorado”.

Aquest treball ha estat fruit de la investigació en col·laboració amb les doctores Berta Barquero i Marianna Bosch de la Universitat de Barcelona.

Exemples de tècniques utilitzades pels estudiants: model basat en la regla de tres (esquerra) o models geomètrics-aritmètics (dreta).

En aquest treball s’analitza la implementació de propostes de formació en l’àmbit universitari que promouen un canvi de paradigma pedagògic. En el marc de la teoria antropològica del didàctic s’han dissenyat recorreguts d’estudi i investigació com dispositius d’ensenyament en la transició entre paradigmes. Concretament, s’estudia l’adaptació d’aquests REI al cas de la formació del professorat del grau de mestre de primària i infantil.