Nicht-metallische Magnete machbar? Neues Material entdeckt

Purdue- und Southern-California-Uni erforschen "5-Dehydro-1,3-Quinodimethan"

Ein von Wissenschaftlern der Purdue University in den USA entdecktes ungewöhnliches Material könnte zur Entwicklung nichtmetallischer Magneten führen. Diese könnten leichter, günstiger und zudem einfacher herzustellen sein - und auch für den Computerbereich interessant sein.

Bei dem von Paul G. Wenthold und Kollegen, darunter auch Anna I. Krylov von der University of Southern California, analysierten radikalen Hydrocarbon-Molekül sollen sich die Elektronen anders als erwartet verhalten. Es sollen zwar schon andere Verbindungen mit unüblichen Elektronenwolken entdeckt worden sein, doch war dabei jeweils ein Übergangsmetall enthalten. Wenthold zufolge könnte die Entdeckung Aufschluss über andere Ausnahmen geben und eventuell neue Werkzeuge für die Materialentwicklung bereitstellen.

Radikale Moleküle bestehen aus unpaarigen Elektronen, welche sie reaktionsfreudiger machen als Moleküle mit paarigen Elektronen. Sie sind auch unter der Bezeichnung "Freie Radikale" auf Grund ihrer Schädlichkeit für Blutkörperchen bekannt. Das von Wentholds Team entdeckte radikale Molekül "5-Dehydro-1,3-Quinodimethan" findet sich allerdings nicht im Körper und hat keinen Haushalts-Namen. Das ungewöhnliche an dem Molekül soll die Art der Anordnung seiner drei unpaarigen Elektronen um den Atomkern sein.

Laut Hund-Regel müssten unpaarige Elektronen sich in gleicher Richtung um das molekulare Zentrum anordnen, bei 5-Dehydro-1,3-Quinodimethan würde hingegen ein Elektron in die entgegengesetzte Richtung ausgerichtet sein. Wenthold zufolge ist dieses Verhalten damit erstmals bei einem organischen Triradikal beobachtet worden. Die sich daraus laut Krylov eröffnenden Möglichkeiten könnten Bausteine für molekulare Magneten ergeben.

Dass Wissenschaftler versuchen, Magnete mittels nichtmetallischer Materialien zu konstruieren - etwa aus für Plastik verwendeten Polymeren - ist nichts Neues. Magnetismus ist zum Teil im Verhalten unpaariger Elektronen begründet. Falls nun etwa ein Weg gefunden werden könnte, Kohlenwasserstoff zu magnetisieren, würde der resultierende Magnet leichter sein und etwa für die Raumfahrt oder andere kommerzielle Anwendungsgebiete interessant sein, in denen Gewicht eine Rolle spielt. Zudem wären laut Tyrone Mitchell, dem Direktor der Chemie-Abteilung der National Science Foundation (NSF), die Rohmaterialien günstiger und einfacher herzustellen. Die NSF hat das Projekt gefördert.

Wenthold zufolge weiß man bisher noch nicht viel über derartige Moleküle, es gebe noch viel zu lernen. Als nächstes sollen die Eigenschaften von 5-Dehydro-1,3-Quinodimethan mit solchen verglichen werden, die keine unterschiedlich ausgerichteten unpaarigen Elektronen aufweisen. Auch wenn noch keine konkreten Nutzungsbeispiele genannt wurden, habe die weitere Erforschung der Substanz ihre Berechtigung: Es sei eine Sache, Magneten zu entdecken - sie zu designen wäre hingegen viel schwieriger und erfordere ein Verständnis davon, was sie zu Magneten mache.

Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten Wenthold, Krylov und ihre Kollegen in der Anfang Februar 2004 erschienenen Ausgabe der internationalen Ausgabe von "Angewandte Chemie", einer größeren europäischen Chemie-Zeitschrift.