Resumen de Multifuncionalidad en materiales magnéticos de base molecular con transición de espín
Avances recientes en el campo de la tecnología electrónica y fotónica ponen en evidencia la necesidad de nuevos materiales que exhiban un comportamiento biestable a escala molecular. De hecho, el diseño y síntesis de moléculas o ensamblados moleculares que actúen como procesadores de información, es uno de los retos más destacados de la química molecular actual. El principio fundamental subyacente a la consecución de cualquier objetivo a este respecto, es el concepto de biestabilidad, que se fundamenta en el cambio entre dos estados electrónicos con las mismas variables termodinámicas, tal como sucede en un interruptor binario. Entre los mejores ejemplos de biestabilidad molecular se encuentran ciertos compuestos de Fe(II) con transición de espín. Estos sistemas son capaces de dar lugar a un cambio reversible entre los estados de alto (HS, S = 2) y bajo espín (LS, S =0) inducido por un cambio de temperatura y/o presión así como por irradiación con luz. Ambos estados se diferencian en sus propiedades magnéticas, ópticas y estructurales. Cuando los cambios estructurales asociados a la transición de espín se transmiten de forma cooperativa a través del cristal se producen transiciones de espín abruptas, de primer orden, y en ocasiones acompañadas de histéresis (efecto "memoria"). Esta es la esencia del carácter biestable de estos compuestos y de su capacidad para funcionar como sensores, interruptores o almacenadores de información.
Esta tesis doctoral está organizada en 4 capítulos y está dirigida a la síntesis y al estudio de materiales multifuncionales de Fe(II) de constitución porosa y que presentan transición de espín, en los cuales existe gran relación entre su estructura molecular, la inclusión o no de moléculas en la red, y sus propiedades. Por otro lado, la procesabilidad de dichos materiales en forma de películas de capa delgada de dimensión nanométrica también ha sido abordada.
En el primer capítulo se realiza una introducción general al fenómeno de la transición de espín tratando aspectos conceptuales, los antecedentes más importantes, y la situación actual. Por otro lado, se presenta una introducción a las tendencias más relevantes de la química de polímeros de coordinación porosos, y su implementación en el campo de las transiciones de espín. Asimismo se discute la nanoestructuración como etapa fundamental del procesado de compuestos con transición de espín, en relación con futuras aplicaciones tecnológicas. Las propiedades físicas de estos compuestos pueden verse afectadas drásticamente al tener lugar una reducción del tamaño, en el caso de partículas o del espesor, en el caso de películas, dado que la biestabilidad depende en gran medida del comportamiento cooperativo de todos los centros metálicos activos que conforman la red cristalina.
El segundo capítulo de esta tesis contiene un estudio de la química de inclusión del compuesto biestable {Fe(pz)[Pt(CN)4]}. Este compuesto presenta un interesante fenómeno de conmutación bidireccional, químicamente inducido por la inclusión de moléculas huéspedes, en el que el cambio de las propiedades magnéticas viene acompañado por un cambio visual de las propiedades ópticas, y por cambios estructurales. Además, este comportamiento se observa a temperatura ambiente, lo que hace de él un fenómeno todavía más interesante. El estudio de inclusión realizado comprende un amplio rango de moléculas que van desde gases de pequeño tamaño (CO2, O2, N2), compuestos aromáticos (tetrahidrofurano, furano, tiofeno, selenofeno, pirrol, 2,5-dimetilfurano, 2,5-dimetiltiofeno, benceno, tolueno, piracina y piridina), CS2, SO2 y halógenos (l2, Br2, Cl2). La caracterización de los clatratos obtenidos se llevó a cabo mediante difracción de rayos X sobre monocristal y polvo, análisis termogravimétrico, medidas de susceptibilidad magnética, medidas de calorimetría diferencial de barrido (DSC) y en algunos casos mediante microscopía electrónica de barrido con microanálisis por dispersión de energías de rayos X (EDXA) y espectroscopía de fotoelectrones emitidos por rayos X (XPS).
En el tercer capítulo se refleja la síntesis de nuevos compuestos tridimensionales porosos de Fe(II) con transición de espín de tipo clatrato de Hofmann, en los que principalmente se busca la obtención de un tamaño de poro mayor, que permita la inclusión de otros tipos de moléculas. Los ligandos empleados para tal efecto son la 4,4-azopiridina y el 1,2-bis(4-piridil)etileno. De las familias de compuestos obtenidas se ha realizado el estudio de su estructura cristalina mediante difracción de rayos X sobre monocristal y polvo, se han estudiado las propiedades magnéticas, y el efecto que sobre ellas ejercen las moléculas de disolvente.
En el cuarto capítulo se ha abordado el crecimiento de películas de capa delgada del compuesto {Fe(pz)[Pt(CN)4]} optimizando las condiciones de trabajo con el objetivo de obtener un crecimiento epitaxial. Por otro lado, se ha realizado también el crecimiento de películas de dicho compuesto sobre una superficie estructurada con motivos micro- y nanométricos. El estudio del espesor de las películas se ha llevado a cabo mediante microscopía de fuerza atómica (AFM).
Finalmente, se ha incluido una serie de apéndices que contienen, por un lado un compendio de las técnicas experimentales empleadas, y por otro las publicaciones científicas correspondientes a los resultados experimentales, no sólo de los presentados en esta tesis sino de todo el período de investigación pre-doctoral.
