Studio teorico di momenti toroidali in nanomagneti molecolari a base lantanidica

I Toroidi a Singola Molecola (SMTs) sono una classe speciale di nanomagneti molecolari con una connettività anulare di scambio magnetico degli ioni metallici costituenti, in cui i momenti di spin presenti si accoppiano in uno stato magnetico a vortice, producendo un momento magnetico sensibilmente piccolo ed un momento toroidale non nullo e antisimmetrico rispetto all’inversione temporale e spaziale. Le nuove simmetrie ottenute in configurazione toroidale consentono effetti magnetoelettrici lineari, e sono studiate come candidate per nuovi gradi di libertà da sfruttare in spintronica e quantum computing. Gli SMTs sono stati previsti per la prima volta in generici anelli di spin anisotropi e scoperti in un triangolo Dy3. Recentemente, è stato dimostrato come gli SMTs possano essere combinati anche in stati toroidali accoppiati tramite un metallo di transizione 3d connettore, come mostrato per i cluster MLn6 (M = Cr3+, Fe3+, Mn3+, Co3+, Al3+). In questa sede, sono stati studiati i composti 3d-4f già caratterizzati sperimentalmente Cu2Dy7 e Cu4Dy12, che presentano variazioni chimiche ben definite rispetto alla famglia di sistemi MLn6, i quali esibiscono momenti toroidali accoppiati, e pertanto dovrebbero condurre alla scoperta di nuove correlazioni magneto-strutturali (o toroido-strutturali). L’indagine è stata condotta ricorrendo congiuntamente a metodi ab initio e a modelli da noi sviluppati, al fine di gettare luce sulla struttura elettronica. Si evidenzia come in entrambi i complessi metallici sia probabile la presenza di momenti toroidali, anche di forte intensità, ed in particolare in quello di dimensioni maggiori si suppone la presenza di una multidirezionalità degli stati toroidali. Le simulazioni, attraverso i nostri modelli, delle proprietà di magnetizzazione e di suscettività mostrano in generale un buon accordo raggiunto rispetto al dato sperimentale, specialmente nel caso di Cu2Dy7. Centrale è stato anche il confronto tra i due approcci da noi utilizzati, in modo da valutare la veridicità delle nostre assunzioni. I risultati ottenuti, in particolare sulla texture magnetica, appaiono promettenti e costituiscono un punto di partenza per una più estesa indagine su questi sistemi e i loro analoghi.