ÁREA
Química de Materiais
Autores
Fayer, M.C.P. (IFSUDESTEMG) ; Telles, D.L. (IFSUDESTEMG) ; Oliveira, L.G.F. (IFSUDESTEMG) ; Duarte, D.M. (IFSUDESTEMG) ; Almeida, D.B. (IFSUDESTEMG) ; Hamouche, M.S. (IFSUDESTEMG)
RESUMO
A nanotecnologia tem impulsionado avanços consideráveis em diversos campos, como a eletrônica e a computação. Nesse contexto, os nanomagnetos ganharam importante destaque. Essas partículas magnéticas com dimensões na escala nanométrica, podem ser implementadas no desenvolvimento de portas lógicas, permitindo um desenvolvimento extremamente rápido da indústria eletrônica. Esses compostos possuem um comportamento de monodomínio magnético, permitindo sua representação por meio da lógica Booleana, onde são associados aos números "1" e "0" (SOARES, 2016). Através de ligações magnéticas dipolares, essas partículas são capazes de influenciar umas às outras, permitindo a propagação ou de um sinal, ou sua inversão.
Palavras Chaves
Nanomagnetos; Portas lógicas; nanocomputação
Introdução
Os mais recentes avanços na área da eletrônica molecular visa usar dispositivos moleculares para substituir dispositivos semicondutores tradicionais baseados em silício, além de montar os circuitos lógicos até mesmo computadores moleculares (LIU et al., 2021). Porém, ainda é necessário aumentar o número de pesquisas com foco no comportamento de transmissão elétrica de dispositivos moleculares e, como montá-los para alcançar a operação lógica. Em materiais magnéticos moleculares os elétrons spin-up e spin-down podem transmitir informações como um sinal binário sinal para completar várias operações lógicas booleanas básicas onde são associados aos números "1" e "0" (SOARES, 2016) incluindo AND, OR e NOT para implementar as funções de portas lógicas de spin. O magnetismo intrínseco dos metais de transição (Cu, Co, Mn, etc.) quando coordenados a ligantes orgânicos com propriedades eletrônicas tornou-se a combinação perfeita para obtenção de compostos magnéticos com diferentes dimensionalidades. A possibilidade de construir um fio magnético (1D), uma rede magnética (2D) ou mesmo uma única molécula (0D) que se comporta como um ímã abriu uma gama de aplicações para estes compostos. Dentre os metais de transição da primeira série, o manganês apresenta diferentes estados de oxidação e é um dos que apresenta maior momento magnético na configuração Mn(II) o que potencializa seu uso para construção de portas lógicas de spin. Sendo assim, este trabalho apresenta a síntese e a caracterização de compostos magnéticos moleculares de diferentes dimensionalidades contendo íons de manganês para estudos de aplicação em portas lógicas.
Material e métodos
Para este trabalho foram sintetizados 03 compostos. O composto (A) de fórmula [Mn(Phtfac)2.2H2O] foi preparado misturando uma solução aquosa de acetato de manganês (2 mmol) a uma solução etanólica de feniltrifluoroacetilacetonato (Phtfac) (1,15 mmol), sob forte agitação. Imediatamente ocorreu a formação de um precipitado que foi filtrado, lavado com água gelada e seco a vácuo. O composto (B) de fórmula [Mn(Phtfac)2(NITpPy)2] foi preparado pela solubilização de 0,13 mmol de (A) em 25 mL de n-heptano. A suspensão formada foi aquecida até 80 °C quando ocorreu a completa solubilização do complexo. Em seguida, resfriou-se a solução a 65 °C e adicionou-se rapidamente uma solução previamente preparada de 56 mg (0,24 mmol) do radical 2-(4-piridil)-4,4,5,5-tetrametilimidazolina-1-oxil- 3-óxido (NITpPy) solubilizado em 3 mL de clorofórmio. Imediatamente grande quantidade de precipitado foi formada. A mistura foi deixada sob agitação até atingir a temperatura ambiente. O precipitado formado foi filtrado e lavado com n-heptano (SOUZA, et al., 2008). O composto (C) foi preparado seguindo a metodologia adaptada da literatura (NORTH,2004) adicionando 4g de acetato de manganês a 40 mL de uma solução 60% de ácido acético em água. Em seguida, foi adicionado lentamente 1 g de KMnO₄ à mistura, e depois foi agitada por mais 3 minutos. A solução resultante foi deixada em repouso durante três dias. Após o período de três dias, procedeu-se à filtração da solução e o precipitado obtido foi cuidadosamente lavado com acetona. Em seguida todos os compostos foram caracterizados por técnicas espectroscópicas na região do infravermelho e UV-vis e por difração de raios-x.
Resultado e discussão
No empacotamento cristalino do composto (A) (Figura 1), observa-se a presença de
interações intermoleculares de curta distância. Um tipo de interação observada,
são ligações de hidrogênio entre a molécula de água axialmente coordenada ao
átomo de manganês(II) de uma molécula com os átomos de oxigênio do ligante
Phtfac de outra molécula vizinha na rede. Este comportamento confere a estrutura
uma característica de uma cadeia linear ao longo da direção b. O composto (B)
apresenta uma estrutura cristalina na qual o íon de manganês(II) está em uma
geometria octaédrica distorcida com comprimentos de ligação Mn-N13 (2,349 Ǻ)
axiais um pouco maiores que as distâncias Mn-O (2,140 e 2,153 Ǻ) do plano
equatorial. As distâncias Mn-O e Mn-N observadas são características para o
átomo de manganês (II) em complexos β-dicetonato apresentando ambiente
octaédrico e spin alto. No empacotamento cristalino a menor distância entre os
grupos nitróxidos não coordenados é 5,204 Å segundo a direção cristalográfica a
(Figura 2).
Para o composto (C), a caracterização espectroscópica na região do infravermelho
apresentou bandas em: 1548 cm-1 característica da deformação axial
assimétrica C-O; 1408 cm-1 característica do estiramento do Acetato;
1025 cm-1 característica da deformação axial simétrica C-O; 952
cm-1 banda referente a ligação do Mn-Acetato; 668 cm-1,
657 cm-1, 506 cm-1, 482 cm-1 e 431
cm-1 bandas referentes às ligações do Mn-O. Na caracterização na
região UVvisNIR encontramos as seguintes atribuições: 250 nm e 310 nm que
corresponde às transições do Mn (+4), e em 429 nm que podem ser atribuídas às
transições do Mn (+3).
Vistas do empacotamento cristalino do composto (A). \r\n(....) ligações de hidrogênio intermoleculares.
Vista do empacotamento cristalino do composto (B) \r\ncom as menores distâncias entre os grupos nitróxido \r\nnão coordenados.
Conclusões
Foram obtidos três compostos magnéticos moleculares de diferentes dimensionalidades e suas propriedades espectroscópicas e estruturais são similares as descritas na literatura. Desta maneira esses compostos podem apresentar propriedades magnéticas que os permitem serem utilizados para portas lógicas. Encontra-se em andamento os testes dos circuitos lógicos montados com esses compostos.
Agradecimentos
Ao IFSUDESTEMG - campus Juiz de Fora
Referências
LIU, L.; LIU,P.; GA, L.;AI, J.Advances in Applications of Molecular Logic Gates.ACS Omega, 6, 45, 30189–30204, 2021.
NORTH, Jeremy Micah. Synthesis and Characterization of Single-Molecule Magnets: Mn12-Acetate, Fe8Br8, and Analogs. 2004.
SOARES, Thiago R. B. da Silva. Projeto e simulação de circuitos nanomagnéticos. 2016.
SOUZA, D.A.; FLORENCIO, A.S.; CARNEIRO, J.W.M. SORIANO, S.S.; PINHEIRO, C.B.; NOVAK, M.A.; VAZ, M.G.F. Synthesis, structure, electronic and magnetic properties of two new complexes obtained by coordination of Co(II) and Mn(II) phenyltrifluoroacetylacetonate with a nitronyl nitroxide radical.Inorganica Chimica Acta, 361, 4024–4030, 2008.
