بخشی از مقاله
چکیده -بررسی خواص مغناطیسی کنترلپذیر با نور مسئلهیا جدّی در حوزهی علم مواد و فیزیک حالت جامد میباشد. در این پژوهش با غلظت 0/2 مولار برمبنای روش فارادی تحقیق شدهاست. نتایج - py - 3 Cl - FeCl4 - 2 سازوکار مغناطش القایی توسط نور در محلول این بررسی نشان میدهد که در دمای اتاق با تغییر طول موج از 550 نانومتر تا 750 نانومتر؛ میزان چرخش - مغناطش محلول - با رفتار پلکانی به نسبت قابل توجهی تغییر میکند. ماهیت این رفتار را میتوان به گذار های اسپینی که در محول صورت گرفتهاست؛ نسبت داد.
.1 مقدمه
در چند دههی گذشته تحول چشمگیری از مواد مغناطیسی به سمت مغناطیس مولکولی با خواص فیزیکی ویژه رخ داده است. در میان این مواد؛ ترکیبات مغناطیسی معدنی، جامدات مولکولی مغناطیسی و گستره ی وسیعی از پلیمرهای دو و سه بعدی، مغناطیسهای تکمولکولی و مغناطیسهای تکزنجیره ای قرار دارند که پدیده های فیزیکی متنوعی از خود به نمایش می گذارند. از جمله این پدیدهها میتوان به مغناطش القایی نوری1، چرخش اسپینی، حالت اسپینیِ گذرا2 و گذار اسپینی ناشی از انتقال بار اشاره کرد.
[1] حالت اسپینی گذرا نوعی مغناطش مولکولی در ترکیبات فلزات واسطه با آرایشهای الکترونی d4 -d7 میباشد که اهمیت قابل توجهی در سوییچهای الکترونیکی غیرآلی و حسگرهای الکترواپتیکی دارد.[2] این حالت در نتیجهی ناپایداری حاصل از عوامل خارجی از قبیل دما، فشار و یا تابش نور ایجاد شده و منجر به تغییر در ساختار مولکولی آنها میشود.[3,4] این تغییرات ساختاری - تغییر در شکلگیری اوربیتالهای الکترونی - d در ادامه تغییر رنگ و ممان مغناطیسی را بههمراه میآورد.
[5,6] به منظور توصیف رفتار پدیِده گذارِ اسپینی نوری در ترکیبات آهن روشهای اندازهگیری پذیرفتاری SQUID و طیفسنجی موزبائر3 کاربرد فراوانی داشته و بیشترین تمرکز بر روی ترکیبات آهن نوع دوم بودهاست. این در حالیاست که برای ترکیبات آهن نوع سوم به دلیل حضور خطوط تشدید در طیف سنجی، اندازهگیری موزبائر با قطعیت کمتری صورت میگیرد[7- 9] از اینرو در این گزارش رویکرد مگنتواپتیکی به دلیل ارتباط مستقیمِ مغناطش و پاسخ مگنتواپتیکی سیستم، برای توصیف رفتار پدیده گذار اسپینی نوری مورد بررسی قرار گرفته است. ماده مورد استفاده نیز ترکیب آهن پایه نوع سوم اسپین بالا - py - 3Cl - FeCl4 - 2 برگزیده شده است.[15]
2. ترکیبات آهن پایه و گذار اسپینی
مکگاروی4 و همکارانش نشان دادند که برای تعدادی از ترکیباتِ آهن 2 و آهن 3 در محلول؛ می توان با استفاده از برانگیزش لیزر پالسی، اسپین بالا را نظیر اسپین پایین اشغال نمود.[10] با بررسی طیف جذبی نمونه - BF4 - 2 Fe - ptz - 6 در دمای 15 درجه کلوین، تغییر در طیفِ این ماده با تابش نور مشاده گردید . طی این گزارش نشان داده شد که میزان این تغییرات به شش الکترون جفتنشدهی حالت اسپین بالا و یک الکترون جفتنشدهی حالت اسپین پایین وابسته است. در دمای اتاق حالتهای اسپین بالای ایجادشده توسط نور؛ حالتهای گذرایی با طول عمر زیر چند ثانیه تا چند ثانیه هستند.
این کشفیات توسط مشاهدات دکورتینس5 و سایرین نیز تایید شد و نشان داده شد که در دماهای بسیار پایین؛ واهلش اسپین بالا به اسپین پایین تا حدی کاهش می یابد تا آنجاکه از طریق تابش طیف الکترومغناطیسی در ناحیهی مرئی، سیستمهای گذار اسپینی را میتوان در شرایط اسپین بالا گیرانداخت.[10,11] 6 این رفتار بعدها در ترکیبات دیگری نظیر [12] Fe - btr - - NCS - 2 .H2O، [13] Fe - bpym - - NCS - 2 2 - bpym - ، Fe - H2 Bpz - 2 - phen - 2 و [14] Fe - H2 Bpz - 2 - bipy - در دماهای پایین دیده شدند. همچنانکه ذکر شد، از این دسته از مواد ماده آهن پایه نوع سوم اسپین بالا با ترکیب - C5 H6 N - 3 Cl ساخته شده و رفتار گذار اسپینی آن با کمک چیدمان اندازهگیریِ فارادی طیفی بررسی گردیده که در ادامه به چگونگی تولید ماده و اندازهگیری پاسخ مگنتواپتیکی آن میپردازیم. .
3. روش تهیّه کمپلکس
جهت تهیّه نمونهی 2/73 - py - 3 Cl - FeCl4 - 2گرم 0/01 - مول - نمک 6H2O FeCl3 در 10 میلیلیتر محلول 0/1 مولار هیدروکلریک اسید حل گردیده و سپس 2/36 گرم 0/02 - میلیمول - نمک پریدینیم کلرید حلشده در 5 میلیلیتر آب مقطر به آن اضافه میکنیم. محلول زرد رنگ حاصل به مدت 1 ساعت در دمای50 تا 55 درجه سانتیگراد بههم زده شده و با تبخیر آرام حلال در دمای آزمایشگاه پس از یک هفته بلورهای سبز کم رنگ منشوری شکل در آن تشکیل میگردد. برای تهیه 10 میلی لیتر محلول 0/2 مولار 1/35 گرم از - py - 3Cl - FeCl4 - 2 در مقدار اندکی استونیتریل حل کرده و حجم محلول را به 10 میلیلیتر میرسانیم.
4. شرح آزمایش
به منظور بررسی اثر فارادی طیفی در ترکیب - py - 3Cl - FeCl4 - 2 با غلظت 0/2 مولار؛ از چیدمان ارائهشده در شکل - - 2 استفاده کردیم. در ابتدا با هدایت نور سفید از منبع لامپ زنون توسط موازیساز به قطبنده، نوری با قطبشخطی ایجاد میکنیم. باریکهی قطبیده از نمونهی محلول با حلال استونیتریل که داخل ظرفِ اپتیکی و تحتِ تأثیر میدان مغناطیسی در حدود 600 میلیتسلا قرار دارد؛ عبور کرده و پس از عبور از تحلیلگر وارد دستگاه طیفسنج - Chromex - میگردد.
