Magnetické nanomateriály a molekulové systémy

Naše laboratoř se tradičně zaměřuje na komplexní studium magnetických nanomateriálů, včetně jejich syntézy a zevrubné charakterizace, analýzy jejich základních vlastností, strukturních zvláštností a magnetického chování a také zhodnocení parametrů důležitých pro vybrané aplikace. V posledních letech však postupně přesouváme naši pozornost k magneticky zajímavým molekulovým systémům založeným na koordinačních sloučeninách d a f kovů. Koordinační sloučeniny i magnetické nanomateriály jsou pro nás nyní stejně důležité, ale nejsou jedinými tématy našeho výzkumu. Podrobnější přehled našich výzkumných témat je podán níže.

Magnetické nanomateriály a další nanostruktury: Vyvíjíme nové metody syntézy nanomateriálů a zdokonalujeme stávající postupy, včetně syntézy magnetických nanočástic, jejich obalování, dekorace a povrchové funkcionalizace. Důkladně se věnujeme pečlivé strukturní, morfologické a magnetické charakterizaci a cílíme na aplikace připravených nanomateriálů v medicíně, senzorice a inkoustovém tisku elektroniky. Zaměřujeme se zejména na vývoj a studium kontrastních látek pro magnetickou rezonanci (MRI), látek (tracers) pro zobrazování magnetických částic (magnetic particle imaging, MPI) a mediátorů pro magnetickou fluidní hypertermii (MFH) při léčbě rakoviny. Mezi další aplikace, kterým se věnujeme, patří využití komplexních magnetických částic s plasmonickými strukturami pro senzoriku.

Magneto-elektrické nanočástice: Vyvíjíme magnetoelektrické core-shell heterostruktury, které vykazují vzájemně se ovlivňující magnetické a elektrické uspořádání, a zkoumáme potenciální aplikace těchto nových multifunkčních materiálů.

Molekulové systémy: Zkoumáme magnetické vlastnosti komplexů přechodných kovů na základní úrovni, přičemž využíváme velké strukturní a chemické rozmanitosti, která ovlivňuje koordinační okolí magnetických iontů.

Nízkodimenzionální magnetismus: Studium nanomateriálů a molekulových systémů dále rozšiřujeme o magnetické vlastnosti sloučenin obsahující ve své struktuře magnetické motivy s redukovanou dimenzionalitou, jako jsou magnetické řetězce, vrstvy nebo klastry, abychom pochopili vliv dimenzionality na magnetické chování.

Frustrovaný magnetismus: Zaměřujeme se na magneticky frustrované systémy, kde vzájemně soupeřící magnetické interakce vedou ke složitým a často exotickým magnetickým základním stavům. Tyto systémy kromě svého fundamentálního významu nabízejí jedinečné příležitosti, jako je magnetické chlazení až do milikelvinových teplot.

Naše laboratoř v úzké spolupráci s dalšími laboratořemi Oddělení magnetik a supravodičů a vědeckými skupinami na FZU využívá špičkové techniky pro syntézu, charakterizaci a studium magnetických materiálů. Přípravu magnetických nanočástic provádíme například za hydrotermálních či solvotermálních podmínek, syntézou v tavenině, pomocí tepelného rozkladu organokovových komplexů, sol-gelovými postupy atd. Rukavicový box a Schlenkova linka nám umožňují pracovat ve striktně inertní atmostéře za vyloučení kyslíku a vlhkosti, a tak dovolují syntézu a manipulaci vysoce citlivých molekulových sloučenin. Pravidelně využíváme magnetometrii pomocí SQUID a VSM, práškovou rentgenovou difrakci a neutronovou difrakci, UV-Vis a FT-IR spektroskopii, Mössbauerovu spektroskopii a DFT výpočty, stejně jako TEM (transmisní elektronovou mikroskopii), DLS (dynamický rozptyl světla) a ELS (elektroforetický rozptyl světla). Kombinací experimentálních a teoretických přístupů usilujeme o hlubší porozumění základním vlastnostem magnetických materiálů a o vývoj nových materiálů pro budoucí technologie.

 

Termální dekompozice - aparatura a nanočástice
Termální dekompozice organických komplexů přechodných kovů patří k rutinním metodám syntézy nanočástic v naší laboratoři. TEM snímky nanočástic Co-Zn feritu připravené termální dekompozicí acetylacetonátových komplexů jsou ukázány vpravo.

 

SERS s močovinovými receptory pro detekci F-
Detekce fluoridových iontů pomocí receptoru založeného na močovině byla nejdříve demonstrována výraznými změnami Ramanových spekter modelového receptoru v roztoku (vlevo; od červeného spektra bez přídavku F- po fialové spektrum s přebytkem F-) a poté změnami Ramanových spekter močovinového sensoru navázaného na povrch zlatých nanoobalů, změřených metodou povrchově zesílené Ramanovy spektroskopie (prostřední panel; graf ukazuje změnu intenzity vybraných pásů v závislosti na koncentraci F-). TEM snímky zlatých nanoobalů s magnetickými jádry a silikovou mezivrstvou jsou ukázány vpravo. Pro více detailů viz práce Bui et al.

 

Dinukleární komplex [Cp‴Cr(μ-H)]2
Dinukleární organometalický komplex [Cp‴Cr(μ-H)]2, kde kationty Cr2+ interagují prostřednictvím hydridových můstků a také přímou interakcí, což vede k silnému antiferomagnetickému spřažení s J12 = −206(1) cm–1.  Fit teplotní závislosti součinu DC magnetické susceptibility a teploty, rozložený na příspěvky antiferomagnetické interakce (AFM) v komplexu, teplotně nezávislého paramagnetismu (TIP) a paramagnetické nečistoty (PAR), jsou ukázány vpravo, změřená susceptibilita je uvedena ve vloženém obrázku. Magnetická studie byla provedena ve spolupráci s Prof. Helmutem Sitzmannem (Technická univerzita Kaiserslautern), pro více detailů viz práce Smytschkow et al.

Kontaktní osoba: Ondřej Kaman