Le terre rare sono una componente di molti prodotti high-tech grazie alle loro proprietà speciali. Gli scienziati del Karlsruhe Institute of Technology (KIT) stanno lavorando a nuove possibilità di utilizzo di questi elementi. Il team produce i cosiddetti complessi sandwich con terre rare, che in futuro potrebbero servire come nuovi materiali molecolari per supporti di memorizzazione o display più potenti. La Fondazione tedesca per la ricerca (DFG) finanzia lo studio pionieristico con 500.000 euro come progetto di Reinhart Koselleck.
I complessi sandwich sono molecole chimiche le cui proprietà sono ancora in gran parte sconosciute. I composti sono costituiti da due strutture ad anello tra le quali è "bloccato" un singolo atomo di metallo. In parole povere, i complessi sembrano dei minuscoli panini. Per indagare se le molecole sono adatte come base innovativa per i materiali futuri, il professor Peter Roesky, capo del Dipartimento di Materiali Funzionali Inorganici presso l'Istituto di Chimica Inorganica (AOC), e il suo team stanno producendo diverse varianti dei complessi sandwich in laboratorio. Gli scienziati usano diversi elementi del gruppo degli elementi terrestri rari come atomi di metallo al centro dei composti. Le molecole sperimentali differiscono anche nella natura delle loro strutture ad anello. Gli anelli sono quindi costituiti da carbonio e da una proporzione variabile di altri elementi. I ricercatori stanno sperimentando diverse dimensioni degli anelli. Nel progetto, le dimensioni e la natura degli anelli devono essere sistematicamente variate per creare un principio di struttura-effetto. "Stiamo indagando sull'influenza della struttura dei complessi sandwich sulle loro proprietà fisiche", spiega Roesky. "In particolare, stiamo studiando il magnetismo e la luminescenza delle molecole".
Finora, le terre rare sono state generalmente integrate nei materiali allo stato solido utilizzati nei prodotti high-tech. Gli elementi si trovano, ad esempio, nelle luci a LED, nei display dei telefoni cellulari o nei magneti delle turbine eoliche. Con la produzione dei composti molecolari con terre rare che sta progettando, Roesky sta perseguendo un approccio che finora non è stato quasi mai preso in considerazione nelle applicazioni.
Idealmente, gli scienziati potrebbero ottenere molecole che si comportano come piccoli magneti, tra le altre cose. Tali composti sono anche noti come magneti a singola molecola. Un giorno, ad esempio, questi nuovi complessi potrebbero essere utilizzati per produrre supporti di memorizzazione con capacità di memorizzazione molto più elevate a parità di dimensioni fisiche. Roesky e il suo team stanno anche sperimentando elementi di terre rare che sono già utilizzati in materiali fluorescenti. Complessi a sandwich contenenti questi elementi potrebbero essere utilizzati in seguito per produrre display ottimizzati, ad esempio. "Il nostro progetto serve a creare una comprensione di base di queste nuove sostanze", spiega Roesky.
Finanziamenti speciali per la ricerca ad alto rischio
Poiché gli scienziati sono all'inizio di una nuova area di ricerca con il loro progetto, il successo non è garantito. Attraverso Reinhart Koselleck Projects, il DFG fornisce finanziamenti mirati per questi progetti ad alto rischio, dando così ai ricercatori affermati l'opportunità di realizzare idee innovative. In tutti i soggetti, solo otto di essi sono stati finanziati da un progetto di Reinhart Koselleck in Germania nel 2019. Roesky è il primo scienziato del KIT che è riuscito ad ottenere questo sostegno finanziario. I fondi, concepiti per un periodo di cinque anni, possono essere utilizzati liberamente.
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