التجميع الذاتي الطوبولوجي لكتل اللانثانيد عالية التناظر: دراسة مغناطيسية لبصمات الاقتران التبادلي في أقفاص غادولينيوم(III) العملاقة

إن إنشاء كرة فراغية نانوية مثالية من مراكز المعادن يعد تحديًا اصطناعيًا غير قابل للتحقيق. ومع ذلك، فإنه يمثل تحديًا ملهمًا من وجهة نظر العمارة الكيميائية وكما قد توفر الأنواع الجزيئية المحدودة نظرة مجهرية فريدة حول أصل وبداية ظواهر مثل تأثيرات الإحباط الدوراني الطوبولوجي الموجودة في أنظمة ثنائية الأبعاد وثلاثية الأبعاد اللانهائية. هنا، نبلغ عن سلسلة من الأشكال متعددة الوجوه عالية التناظر من غادولينيوم(III) (S = 7/2)، Gd 20، Gd 32، Gd 50، وGd 60، لاختبار نهج يعتمد على تجميع قطع بوليمعدنية تحتوي على مضلعات مختلفة. يكشف التحليل الهيكلي أن قفص Gd 20 يشبه الشكل الدوديكي؛ بينما تظهر رؤوس الشكل Gd 32 تناظرًا O h بالضبط؛ ويظهر Gd 50 شكلًا غير مسبوق حيث يتم احتواء هياكل جCore Gd 30 في قشرة سداسية الشكل Gd 20 ذات تناظر تقريبي I h؛ ويظهر Gd 60 هندسة ثنائية الأوجه مقطوعة. تظهر الدراسات المغناطيسية التجريبية والنظرية أن هذه السلسلة تنتج التفاعل المضاد المغناطيسي المتوقع الذي يمكن نمذجته بناءً على الدورانات الكلاسيكية في مواقع Gd. من تحليلات التمغنط، يمكننا ربط تقريبًا النطاقات المشتقة بزوايا Gd–O–Gd. قد يُستخدم ارتباط المغناطيسي-الهيكلي هذا كبصمات لتحديد هذه الأقفاص.