Skip to main content
SpringerLink
Log in

Potentialities of Molecular Nanomagnets for Information Technologies

  • Chapter
Molecular Magnets

Part of the book series: NanoScience and Technology ((NANO))

Abstract

The possibility of tailoring their functionalities at the molecular scale makes molecular nanomagnets interesting for applications in information technologies where the race for extreme miniaturization will soon lead at requiring components of few nanometers in size. Properties like the magnetic bistability or the switchability by external stimuli actually allow one to mimic, at the molecular scale, basic operations commonly used in computers while embedding magnetic molecules in suitable electronic circuits allows the fabrication of novel spintronic devices. Even more challenging is the control and the exploitation of quantum properties in molecular spin clusters that may allow the encoding of quantum information with molecules. These concepts are substantiated by many achievements obtained in the recent years and presented in this chapter along with some perspectives and next challenges for the future.

This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.

Access this chapter

Log in via an institution
Chapter
USD 29.95
Price excludes VAT (USA)
  • Available as PDF
  • Read on any device
  • Instant download
  • Own it forever
eBook
USD 84.99
Price excludes VAT (USA)
  • Available as EPUB and PDF
  • Read on any device
  • Instant download
  • Own it forever
Softcover Book
USD 109.99
Price excludes VAT (USA)
  • Compact, lightweight edition
  • Dispatched in 3 to 5 business days
  • Free shipping worldwide - see info
Hardcover Book
USD 109.99
Price excludes VAT (USA)
  • Durable hardcover edition
  • Dispatched in 3 to 5 business days
  • Free shipping worldwide - see info

Tax calculation will be finalised at checkout

Purchases are for personal use only

Institutional subscriptions

References

  1. P. Gütlich, H.A. Goodwin, Spin Crossover in Transition Metal Compounds (Springer, Berlin, 2004)

    Google Scholar 

  2. P. Gütlich, Y. Garcia, T. Woike, Coord. Chem. Rev. 219–221, 839 (2001)

    Article  Google Scholar 

  3. D. Gatteschi, R. Sessoli, J. Villain, Molecular Nanomagnets (Oxford University Press, London, 2006)

    Book  Google Scholar 

  4. M.A. Nielsen, I. Chuang, Quantum Computation and Quantum Information (Cambridge University Press, Cambridge, 2000)

    MATH  Google Scholar 

  5. E. Coronado, C. Martí-Gastaldo, E. Navarro-Moratalla, A. Ribera, Inorg. Chem. 49, 1313 (2010)

    Article  Google Scholar 

  6. I. Salitros, N.T. Madhu, R. Boća, J. Pavlik, M. Ruben, Monatsh. Chem. 140, 695 (2009)

    Article  Google Scholar 

  7. A.R. Katritzky, J. Elguero et al., The Tautomerism of Heterocycles (Academic Press, New York, 1976)

    Google Scholar 

  8. A. Dei, D. Gatteschi, C. Sangregorio, L. Sorace, Acc. Chem. Res. 37, 827 (2004)

    Article  Google Scholar 

  9. O. Sato, J. Tao, Y.-Z. Zhang, Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 46, 2152 (2007)

    Article  Google Scholar 

  10. N. Ishikawa, M. Sugita, T. Ishikawa, S. Koshihara, Y. Kaizu, J. Phys. Chem. B 108, 11265 (2004)

    Article  Google Scholar 

  11. H. Wende et al., Nat. Mater. 6, 516 (2007)

    Article  ADS  Google Scholar 

  12. D.A. Lidar, J.H. Thywissen, J. Appl. Phys. 96, 754 (2004)

    Article  ADS  Google Scholar 

  13. S. Bandyopadhyay, M. Cahay, Introduction to Spintronics (CRC Press, Boca Raton, 2008)

    Google Scholar 

  14. M. Urdampilleta, S. Klyatskaya, J.P. Cleuziou, M. Ruben, W. Wernsdorfer, Nat. Mater. 10, 502 (2011)

    Article  ADS  Google Scholar 

  15. A. Candini, S. Klyatskaya, M. Ruben, W. Wernsdorfer, M. Affronte, Nano Lett. 11, 2634 (2011)

    Article  Google Scholar 

  16. A.S. Zyazin, J.W.G. van den Berg, E.A. Osorio, H.S.J. van der Zant, N.P. Konstantinidis, M. Leijnse, M.R. Wegewijs, F. May, W. Hofstetter, C. Danieli, A. Cornia, Nano Lett. 10, 3307 (2010)

    Article  ADS  Google Scholar 

  17. A.A. Khajetoorians, J. Wiebe, B. Chilian, R. Wiesendanger, Science 332, 1062 (2011)

    Article  ADS  Google Scholar 

  18. C.F. Hirjibehedin, C.P. Lutz, A.J. Heinrich, Science 312, 1021 (2006)

    Article  ADS  Google Scholar 

  19. S. Loth, S. Baumann, C.P. Lutz, D.M. Eigler, A.J. Heinrich, Science 335, 196 (2012)

    Article  ADS  Google Scholar 

  20. N. Atodiresei, J. Brede, P. Lazic, V. Caciuc, G. Hoffmann, R. Wiesendanger, S. Blugel, Phys. Rev. Lett. 105, 066601 (2010)

    Article  ADS  Google Scholar 

  21. B.L. Feringa, Molecular Switches (Wiley, New York, 2001)

    Book  Google Scholar 

  22. K. Matsuda, K. Takayama, M. Irie, Inorg. Chem. 43, 482 (2004)

    Article  Google Scholar 

  23. K. Matsuda, M. Irie, J. Am. Chem. Soc. 122, 7195 (2000)

    Article  Google Scholar 

  24. K. Matsuda, M. Matsuo, S. Mizoguti, K. Higashiguchi, M. Irie, J. Phys. Chem. B 106, 11218 (2002)

    Article  Google Scholar 

  25. M. Mas-Torrent, N. Crivillers, C. Rovira, J. Veciana, Chem. Rev. 112, 2506 (2012)

    Article  Google Scholar 

  26. J.F. Létard, P. Guionneau, L. Goux-Capes Top, Curr. Chem. 235, 221 (2004)

    Article  Google Scholar 

  27. D.E. Richardson, H. Taube, J. Am. Chem. Soc. 105, 40 (1983)

    Article  Google Scholar 

  28. V. Marvaud, J.-P. Launay, C. Joachim, Chem. Phys. 177, 23 (1993)

    Article  ADS  Google Scholar 

  29. T.B. Faust, V. Bellini, A. Candini, S. Carretta, L. Carthy, B.J. Coe, D. Collison, R.J. Docherty, J. Kenyon, G. Lorusso, J. Machin, E.J.L. McInnes, C.A. Muryn, R.G. Pritchard, S.J. Teat, G.A. Timco, F. Tuna, G.F. Whitehead, W. Wernsdorfer, M. Affronte, R.E.P. Winpenny, Chemistry 17, 14020 (2011)

    Article  Google Scholar 

  30. V. Bellini, G. Lorusso, A. Candini, T.B. Faust, G.A. Timco, W. Wernsdorfer, R.E.P. Winpenny, M. Affronte, Phys. Rev. Lett. 106, 227205 (2011)

    Article  ADS  Google Scholar 

  31. L. Venkataraman, J.E. Klare, C. Nuckolls, M.S. Hybertsen, M.L. Steigerwald, Nature 442, 904 (2006)

    Article  ADS  Google Scholar 

  32. J.M. Lehn, Eur. J. Chem. 6(12), 2097 (2000)

    Article  Google Scholar 

  33. L.M. Adleman, Science 266, 1021 (1994)

    Article  ADS  Google Scholar 

  34. M. van Rossum, Neural Computation (2011). Lecture notes

    Google Scholar 

  35. F. Troiani, M. Affronte, Chem. Soc. Rev. 40, 3119 (2011)

    Article  Google Scholar 

  36. Strategic Plan of ENIAC at: http://www.eniac.eu/web/documents/general.php

  37. K.L. Wang, J. Nanosci. Nanotechnol. 2, 235 (2002)

    Article  Google Scholar 

  38. W. Lu, C.M. Lieber, Nat. Mater. 6, 841 (2007)

    Article  ADS  Google Scholar 

  39. N. Domingo, E. Bellido, D. Ruiz-Molina, Chem. Soc. Rev. 41, 258 (2012)

    Article  Google Scholar 

  40. M. Rancan, F. Sedona, M. Di Marino, L. Armelao, M. Sandi, Chem. Commun. 47, 5744 (2011)

    Article  Google Scholar 

  41. A. Ghirri, V. Corradini, V. Bellini, R. Biagi, U. del Pennino, V. de Renzi, J.C. Cezar, C.A. Muryn, G.A. Timco, R.E.P. Winpenny, M. Affronte, ACS Nano 5, 7090 (2011)

    Article  Google Scholar 

  42. M. Mannini, F. Pineider, P. Sainctavit, C. Danieli, E. Otero, C. Sciancalepore, A.M. Talarico, M.A. Arrio, A. Cornia, D. Gatteschi, R. Sessoli, Nat. Mater. 8, 194 (2009)

    Article  ADS  Google Scholar 

  43. V. Corradini, A. Ghirri, E. Garlatti, R. Biagi, V. De Renzi, U. del Pennino, V. Bellini, S. Carretta, P. Santini, G. Timco, R.E.P. Winpenny, M. Affronte, Adv. Funct. Mater. 22, 3706 (2012)

    Article  Google Scholar 

  44. M.L. Plumer, J. van Ek, D. Waller, The Physics of Ultra-high Density Magnetic Recording (Springer, Berlin, 2001)

    Book  Google Scholar 

  45. L.K. Keniley, N. Dupont, L. Ray, J. Ding, K. Kovnir, J.M. Hoyt, A. Hauser, M. Shatruk, Inorg. Chem. 52, 8040 (2013). doi:10.1021/ic4006949

    Article  Google Scholar 

  46. E.R. Kay, D.A. Leigh, F. Zerbetto, Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 46, 72 (2007)

    Article  Google Scholar 

  47. E. Pop, Nano Res. 3, 147 (2010)

    Article  Google Scholar 

  48. B. Behin-Aein, D. Datta, S. Salahuddin, S. Datta, Nat. Nanotechnol. 5, 266 (2010)

    Article  ADS  Google Scholar 

  49. S. Bandyopadhyay, M. Cahay, Nanotechnology 20, 412001 (2009)

    Article  Google Scholar 

  50. C. Chappert, A. Fert, F. Nguyen Van Dau, Nat. Mater. 6, 813 (2007)

    Article  ADS  Google Scholar 

  51. J. Ashley, M.-P. Bernal, G.W. Burr, H. Coufal, H. Guenther, J.A. Hoffnagle, C.M. Jefferson, B. Marcus, R.M. Macfarlane, R.M. Shelby, G.T. Sincerbox, IBM J. Res. Dev. 44, 341 (2000)

    Article  Google Scholar 

  52. M.N. Leuenberg, D. Loss, Nature 410, 789 (2001)

    Article  ADS  Google Scholar 

  53. F. Meier, J. Levy, D. Loss, Phys. Rev. B 68, 134417 (2003)

    Article  ADS  Google Scholar 

  54. F. Troiani, A. Ghirri, M. Affronte, S. Carretta, P. Santini, G. Amoretti, S. Piligkos, G. Timco, R.E.P. Winpenny, Phys. Rev. Lett. 94, 207208 (2005)

    Article  ADS  Google Scholar 

  55. S. Nakazawa, S. Nishida, T. Ise, T. Yoshino, N. Mori, R.D. Rahimi, K. Sato, Y. Morita, K. Toyota, D. Shiomi, M. Kitagawa, H. Hara, P. Carl, P. Hofer, T. Takui, Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 51, 9860 (2012)

    Article  Google Scholar 

  56. F. Troiani, A. Ghirri, M. Affronte, S. Carretta, P. Santini, G. Amoretti, S. Piligkos, G. Timco, R.E.P. Winpenny, Phys. Rev. Lett. 94, 207208 (2005)

    Article  ADS  Google Scholar 

  57. C.J. Wedge, G.A. Timco, E.T. Spielberg, R.E. George, F. Tuna, S. Rigby, E.J.L. McInnes, R.E.P. Winpenny, S.J. Blundell, A. Ardavan, Phys. Rev. Lett. 108, 107204 (2012)

    Article  ADS  Google Scholar 

  58. S. Bertaina, S. Gambarelli, T. Mitra, B. Tsukerblat, A. Müller, B. Barbara, Nature 453, 203 (2008)

    Article  ADS  Google Scholar 

  59. K.-Y. Choi, Z. Wang, H. Nojiri, H. van Tol, P. Kumar, P. Lemmens, B.S. Bassil, U. Kortz, N.S. Dalal, Phys. Rev. Lett. 108, 067206 (2011)

    Article  ADS  Google Scholar 

  60. K. Sato, S. Nakazawa, R. Rahimi, T. Ise, S. Nishida, T. Yoshino, N. Mori, K. Toyota, D. Shiomi, Y. Yakiyama, Y. Morita, M. Kitagawa, K. Nakasuji, M. Nakahara, H. Hara, P. Carl, P. Hofer, T. Takui, J. Mater. Chem. 19, 3739 (2009)

    Article  Google Scholar 

  61. J. Lehmann, A. Gaita-Arino, E. Coronado, D. Loss, Nat. Nanotechnol. 2, 312 (2007)

    Article  ADS  Google Scholar 

  62. M.J. Martínez-Pérez, S. Cardona-Serra, C. Schlegel, F. Moro, P.J. Alonso, H. Prima-García, J.M. Clemente-Juan, M. Evangelisti, A. Gaita-Ariño, J. Sesé, J. van Slageren, E. Coronado, F. Luis, Phys. Rev. Lett. 108, 247213 (2012)

    Article  ADS  Google Scholar 

  63. C. Schlegel, J. van Slageren, M. Manoli, E.K. Brechin, M. Dressel, Phys. Rev. Lett. 101, 147203 (2008)

    Article  ADS  Google Scholar 

  64. S. Takahashi, I.S. Tupitsyn, J. van Tol, C.C. Beedle, D.N. Hendrickson, P.C.E. Stamp, Nature 476, 76 (2011)

    Article  Google Scholar 

  65. M.N. Leuenberger, D. Loss, Nature 410, 789 (2001)

    Article  ADS  Google Scholar 

  66. S. Bertaina, S. Gambardelli, A. Tkachuk, A.N. Kurkin, B. Malkin, A. Stepanov, B. Barbara, Nat. Nanotechnol. 2, 39 (2007)

    Article  ADS  Google Scholar 

  67. F. Luis, A. Repollés, M.J. Martonez-Pérez, D. Aguilá, O. Roubeau, D. Zueco, P.J. Alonso, M. Evangelisti, A. Camón, J. Sesé, L.A. Barrios, G. Aromí, Phys. Rev. Lett. 107, 117203 (2011)

    Article  ADS  Google Scholar 

  68. E.C. Sañudo, T. Cauchy, E. Ruiz, R.H. Laye, O. Roubeau, S.J. Teat, G. Aromí, Inorg. Chem. 46, 9045 (2007)

    Article  Google Scholar 

  69. L. Barrios, D. Aguilá, O. Roubeau, P. Gamez, J. Ribas-Ariño, S.J. Teat, G. Aromí, Eur. J. Chem. 15, 11235 (2009)

    Article  Google Scholar 

  70. G. Aromí, D. Aguilá, P. Gamez, F. Luis, O. Roubeau, Chem. Soc. Rev. 41, 537 (2012)

    Article  Google Scholar 

  71. F. Troiani, M. Affronte, S. Carretta, P. Santini, G. Amoretti, Phys. Rev. Lett. 94, 190501 (2005)

    Article  ADS  Google Scholar 

  72. M. Trif, F. Troiani, D. Stepanenko, D. Loss, Phys. Rev. Lett. 101, 217201 (2008)

    Article  ADS  Google Scholar 

  73. S. Carretta, P. Santini, G. Amoretti, F. Troiani, M. Affronte, Phys. Rev. B 76, 024408 (2008)

    Article  ADS  Google Scholar 

  74. P. Santini, S. Carretta, F. Troiani, G. Amoretti, Phys. Rev. Lett. 107, 230502 (2011)

    Article  ADS  Google Scholar 

  75. S. Lloyd, Science 261, 1569 (1993)

    Article  ADS  Google Scholar 

  76. S.C. Benjamin, Phys. Rev. A 61, 20301(R) (2000)

    Article  ADS  Google Scholar 

  77. S.C. Benjamin, Phys. Rev. Lett. 88, 17904 (2001)

    Article  Google Scholar 

  78. S. Lloyd, Science 273, 1073 (1996)

    Article  MathSciNet  ADS  MATH  Google Scholar 

  79. I. Buluta, F. Nori, Science 236, 108 (2009)

    Article  ADS  Google Scholar 

  80. R. Feynman, Int. J. Theor. Phys. 21, 467 (1982)

    Article  MathSciNet  Google Scholar 

  81. Y. Kubo, F.R. Ong, P. Bertet, D. Vion, V. Jacques, D. Zheng, A. Dréau, J.-F. Roch, A. Auffeves, F. Jelezko, J. Wrachtrup, M.F. Barthe, P. Bergonzo, D. Esteve, Phys. Rev. Lett. 105, 140502 (2010)

    Article  ADS  Google Scholar 

  82. Y. Kubo, C. Grezes, A. Dewes, T. Umeda, J. Isoya, H. Sumiya, N. Morishita, H. Abe, S. Onoda, T. Ohshima, V. Jacques, A. Dréau, J.-F. Roch, I. Diniz, A. Auffeves, D. Vion, D. Esteve, P. Bertet, Phys. Rev. Lett. 107, 220501 (2011)

    Article  ADS  Google Scholar 

  83. A. Imamoglu, Phys. Rev. Lett. 102, 083602 (2009)

    Article  ADS  Google Scholar 

  84. M. Trif, F. Troiani, D. Stepanenko, D. Loss, Phys. Rev. B 82, 045429 (2010)

    Article  ADS  Google Scholar 

  85. M.F. Islam, J.F. Nossa, C.M. Canali, Phys. Rev. B 82, 155446 (2010)

    Article  ADS  Google Scholar 

  86. N. Baadji, M. Piacenza, T. Tugsuz, F.D. Sala, G. Maruccio, S. Sanvito, Nat. Mater. 8, 813 (2009)

    Article  ADS  Google Scholar 

  87. F. Troiani, D. Stepanenko, D. Loss, Phys. Rev. B 86, 161409 (2012)

    Article  ADS  Google Scholar 

  88. F. Troiani, I. Siloi, Phys. Rev. A 86, 032330 (2012)

    Article  ADS  Google Scholar 

  89. O. Gühne, G. Toth, Phys. Rep. 474, 1 (2009)

    Article  MathSciNet  ADS  Google Scholar 

  90. I. Siloi, F. Troiani, Phys. Rev. B 86, 224404 (2012)

    Article  ADS  Google Scholar 

  91. A. Candini, G. Lorusso, F. Troiani, A. Ghirri, S. Carretta, P. Santini, G. Amoretti, C. Muryn, F. Tuna, G. Timco, E.J.L. McInnes, R.E.P. Winpenny, W. Wernsdorfer, M. Affronte, Phys. Rev. Lett. 104, 034203 (2010)

    Article  Google Scholar 

  92. F. Troiani, V. Bellini, A. Candini, G. Lorusso, M. Affronte, Nanotechnology 21, 274009 (2010)

    Article  ADS  Google Scholar 

Download references

Acknowledgements

We wish to thank Dr. Alberto Ghirri, Dr. Andrea Candini, Dr. Giulia Lorusso, Dr. Valdis Corradini, Dr. Valerio Bellini, Dr. Ilaria Siloi, Prof. U. del Pennino (CNR and University of Modena, Italy), Prof. S. Carretta, Prof. P. Santini and Prof. G. Amoretti (Univerity of Parma, Italy), Prof. A. Cuccoli and Dr. P. Verrucchi (University of Firenze, I) for stimulating discussions. We also wish to thank Dr. Grigore Timco and Prof. Richard Winpenny (University of Manchester, UK) for all their hints. This work was partially supported by PRIN project of the Italian Ministry of Research and by the US AFOSR/AOARD program, contract FA2386-13-1-4029.

Author information

Authors and Affiliations

  1. Universitá di Modena e Reggio Emilia, via G. Campi 213/A, 41125, Modena, Italy

    Marco Affronte

  2. Institute NanoSciences, CNR, via G. Campi 213/A, 41125, Modena, Italy

    Filippo Troiani

Authors
  1. Marco Affronte
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  2. Filippo Troiani
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

Corresponding author

Correspondence to Marco Affronte .

Editor information

Editors and Affiliations

  1. Condensed Matter Physics Facultad de Ciencias (A), University of Zaragoza ICMA, CSIC, Zaragoza, Spain

    Juan Bartolomé

  2. Condensed Matter Physics Facultad de Ciencias (A), University of Zaragoza ICMA, CSIC, Zaragoza, Spain

    Fernando Luis

  3. Condensed Matter Physics Facultad de Ciencias (A), University of Zaragoza ICMA, CSIC, Zaragoza, Spain

    Julio F. Fernández

Rights and permissions

Reprints and permissions

Copyright information

© 2014 Springer-Verlag Berlin Heidelberg

About this chapter

Cite this chapter

Affronte, M., Troiani, F. (2014). Potentialities of Molecular Nanomagnets for Information Technologies. In: Bartolomé, J., Luis, F., Fernández, J. (eds) Molecular Magnets. NanoScience and Technology. Springer, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-642-40609-6_10

Download citation

Publish with us

Policies and ethics

Search

Navigation