آهنربای تک مولکولی
کاربردها

کاربردهای بالقوه کشف شده زیادی وجود دارد. آهنرباهای تک مولکولی نشان دهنده رویکرد مولکولی به نانومغناطیس‌ها (ذرات مغناطیسی در مقیاس نانو) هستند.
با توجه به ناهمسانگردی اسپین معمولاً بزرگ و دوپایدار، آهنرباهای تک مولکولی نوید تحقق کوچکترین واحد عملی حافظه مغناطیسی را می‌دهند و بنابراین بلوک‌های ساختمانی ممکن برای یک کامپیوتر کوانتومی هستند. در نتیجه، بسیاری از گروه‌ها تلاش زیادی برای سنتز آهنرباهای تک مولکولی اضافی انجام داده‌اند. آهنرباهای تک مولکولی به عنوان بلوک‌های ساختمانی بالقوه برای کامپیوترهای کوانتومی در نظر گرفته شده‌اند. یک آهنربای تک مولکولی سیستمی از چرخش‌های متقابل متعدد با سطوح انرژی کم‌معنای مشخص است. تقارن بالای آهنربای تک مولکولی امکان ساده‌سازی چرخش‌ها را فراهم می‌کند که در میدان‌های مغناطیسی خارجی قابل کنترل است. آهنرباهای تک مولکولی ناهمسانگردی قوی را نشان می‌دهند، خاصیتی که به ماده اجازه می‌دهد تا ویژگی‌های متفاوتی را در جهت‌های مختلف به خود بگیرد. ناهمسانگردی تضمین می‌کند که مجموعه ای از اسپین‌های مستقل برای برنامه‌های محاسباتی کوانتومی سودمند می‌باشند. مقدار زیادی از اسپین‌های مستقل در مقایسه با یک اسپین تکی، امکان ایجاد کیوبیت بزرگ‌تر و در نتیجه یک قوه حافظه بزرگ‌تر را فراهم می‌کند. برهم‌نهی و تداخل چرخش‌های مستقل همچنین امکان ساده‌سازی بیشتر الگوریتم‌های محاسباتی کلاسیک و پرس‌وجوها را فراهم می‌کند.
از نظر تئوری، رایانه‌های کوانتومی می‌توانند با رمزگذاری و رمزگشایی حالت‌های کوانتومی، بر محدودیت‌های فیزیکی ارائه شده توسط رایانه‌های کلاسیک غلبه کنند. آهنرباهای تک مولکولی برای الگوریتم گروور، یک نظریه جستجوی کوانتومی، استفاده شده‌است. مشکل جستجوی کوانتومی معمولاً درخواست می‌کند که یک عنصر خاص از یک پایگاه داده نامرتب بازیابی شود. به‌طور کلاسیک این عنصر پس از تلاش‌های N/2 بازیابی می‌شود، با این حال یک جستجوی کوانتومی از برهم نهی داده‌ها برای بازیابی عنصر استفاده می‌کند، و از لحاظ نظری جستجو را به یک پرس و جو کاهش می‌دهد. آهنرباهای تک مولکولی به دلیل داشتن دسته ای از اسپین‌های مستقل برای این عملکرد ایده‌آل در نظر گرفته می‌شوند.
مطالعه‌ای که توسط Leuenberger و Loss انجام شد، به‌طور خاص از کریستال‌ها برای تقویت گشتاور آهن‌رباهای Mn 12 و Fe 8 مولکول تک چرخشی استفاده کرد. Mn 12 و Fe 8 هر دو برای ذخیره‌سازی حافظه با زمان بازیابی تقریباً 10-10 ثانیه ایده‌آل هستند.
روش دیگر برای ذخیره‌سازی اطلاعات با SMM Fe 4 شامل استفاده از ولتاژ گیت برای انتقال حالت از خنثی به آنیونی است. استفاده از آهنرباهای مولکولی دارای دروازه‌ای الکتریکی، مزیت کنترل را بر خوشه‌ای از چرخش‌ها در یک مقیاس زمانی کوتاه‌تر ارائه می‌دهد. میدان الکتریکی را می‌توان با استفاده از یک نوک میکروسکوپ تونل زنی یا یک خط نوار به SMM اعمال کرد. تغییرات مربوطه در رسانایی تحت تأثیر حالت‌های مغناطیسی قرار نمی‌گیرند و ثابت می‌کنند که ذخیره‌سازی اطلاعات می‌تواند در دماهای بسیار بالاتر از دمای مسدود کننده انجام شود. حالت خاص انتقال اطلاعات شامل DVD به یک رسانه قابل خواندن دیگر است، همان‌طور که با مولکول منگنز دوازده طرح دار روی پلیمرها نشان داده شده‌است.
کاربرد دیگر SMMها در مبردهای مغناطیسی کالری است. یک رویکرد یادگیری ماشینی با استفاده از داده‌های تجربی قادر به پیش‌بینی SMMهای جدید است که تغییرات آنتروپی زیادی دارند و بنابراین برای تبرید مغناطیسی مناسب‌تر هستند. سه SMM فرضی برای سنتز تجربی پیشنهاد شده‌است:
Fe4Gd6(O3PCH2Ph)6(O2CtBu)14(MeCN)2
Cr2Gd2(OAc)5+
Mn2Gd2(OAc)5+
. ویژگی‌های اصلی SMM که به خواص آنتروپی کمک می‌کند شامل ابعاد و لیگاندهای هماهنگ‌کننده است.
علاوه بر این، آهنرباهای تک مولکولی بسترهای آزمایشی مفیدی را برای مطالعه مکانیک کوانتومی در اختیار فیزیکدانان قرار داده‌است. تونل زنی کوانتومی ماکروسکوپی مغناطیسی برای اولین بار در منگنز 12 اکسیژن ۱۲ دیده شد. که با گام‌های مساوی در منحنی پسماند مشخص می‌شود. خاموش شدن دوره ای این سرعت تونل زنی در ترکیب Fe 8 با فازهای هندسی مشاهده و توضیح داده شده‌است.
فریتین
یکی از کاربردهای احتمالی SMM، لایه‌های نازک مغناطیسی برتر برای پوشش هارد دیسک است .