How to build a molecular Helmholtz coil? The possibility to create a Helmholtz coil at the molecular level is studied via the induced magnetic responses of several small cyclic hydrocarbon dimers with formula (CnHn)2 and Dnh symmetry (n = 6–10). Our results reveal that for n ≥ 8, π-electrons give rise to a uniform magnetic field within the central region between rings, satisfying the Helmholtz coil condition. This uniformity is independent of the intensity of the induced magnetic field.

1.
J.-M.
Lehn
,
Angew. Chem., Int. Ed. Engl.
29
,
1304
(
1990
).
2.
D. B.
Strukov
,
G. S.
Snider
,
D. R.
Stewart
, and
R. S.
Williams
,
Nature
453
,
80
(
2008
).
3.
S. J.
Tans
,
A. R. M.
Verschueren
, and
C.
Dekker
,
Nature
393
,
49
(
1998
).
4.
J.
Park
,
A. N.
Pasupathy
,
J. I.
Goldsmith
,
C.
Chang
,
Y.
Yaish
,
J. R.
Petta
,
M.
Rinkoski
,
J. P.
Sethna
,
H. D.
Abruña
,
P. L.
McEuen
, and
D. C.
Ralph
,
Nature
417
,
722
(
2002
).
5.
Z.
Yao
,
H. W. Ch.
Postma
,
L.
Balents
, and
C.
Dekker
,
Nature
402
,
273
(
1999
).
6.
C. P.
Collier
,
E. W.
Wong
,
M.
Belohradsky
,
F. M.
Raymo
,
J. F.
Stoddart
,
P. J.
Kuekes
,
R. S.
Williams
, and
J. R.
Heath
,
Science
285
,
391
(
1999
).
7.
J. M.
Tour
,
Acc. Chem. Res.
33
,
791
(
2000
).
8.
P.
Peumans
,
A.
Yakimov
, and
S. R.
Forrest
,
J. Appl. Phys.
93
,
3693
(
2003
).
9.
Y.
Shirota
,
J. Mater. Chem.
10
,
1
(
2000
).
10.
L.
Bogani
and
W.
Wernsdorfer
,
Nat. Mater.
7
,
179
(
2008
).
11.
S. V.
Aradhya
and
L.
Venkataraman
,
Nat. Nanotechnol.
8
,
399
(
2013
).
12.
H.
Oberhofer
,
K.
Reuter
, and
J.
Blumberger
,
Chem. Rev.
117
,
10319
(
2017
).
13.
N. J.
Tao
,
Nat. Nanotechnol.
1
,
173
(
2006
).
14.
D. J.
Griffiths
,
Introduction to Electrodynamics
(
Addison-Wesley
,
1999
).
15.
R. C.
Calhoun
,
Am. J. Phys.
64
,
1399
(
1996
).
16.
D.
Petkovic
and
M.
Radic
,
Serb. J. Electr. Eng.
12
,
375
(
2015
).
17.
M. R.
Basar
,
M. Y.
Ahmad
,
J.
Cho
, and
F.
Ibrahim
,
IEEE Trans. Ind. Electron.
64
,
1113
(
2017
).
18.
C.
Coillot
,
E.
Nativel
,
M.
Zanca
, and
C.
Goze-Bac
,
J. Sens. Sens. Syst.
5
,
401
(
2016
).
19.
P.-B.
Zhou
,
G.-T.
Ma
,
Z.-T.
Wang
,
T.-Y.
Gong
,
C.-Q.
Ye
, and
H.
Zhang
,
IEEE Trans. Appl. Supercond.
26
,
1
(
2016
).
20.
S.
Angelopoulos
,
P.
Vourna
,
A.
Ktena
,
P.
Tsarabaris
, and
E.
Hristoforou
,
IEEE Trans. Magn.
55
,
1
(
2019
).
21.
J.
Jusélius
,
D.
Sundholm
, and
J.
Gauss
,
J. Chem. Phys.
121
,
3952
(
2004
).
22.
G.
Merino
,
T.
Heine
, and
G.
Seifert
,
Chem. Eur. J.
10
,
4367
(
2004
).
23.
D.
Sundholm
,
M.
Rauhalahti
,
N.
Özcan
,
R.
Mera-Adasme
,
J.
Kussmann
,
A.
Luenser
, and
C.
Ochsenfeld
,
J. Chem. Theory Comput.
13
,
1952
(
2017
).
24.
C.
Corminboeuf
,
P. v. R.
Schleyer
, and
P.
Warner
,
Org. Lett.
9
,
3263
(
2007
).
25.
D. E.
Bean
and
P. W.
Fowler
,
Org. Lett.
10
,
5573
(
2008
).
26.
R.
Nozawa
,
H.
Tanaka
,
W.-Y.
Cha
,
Y.
Hong
,
I.
Hisaki
,
S.
Shimizu
,
J.-Y.
Shin
,
T.
Kowalczyk
,
S.
Irle
,
D.
Kim
, and
H.
Shinokubo
,
Nat. Commun.
7
,
13620
(
2016
).
27.
M.
Pitoňák
,
P.
Neogrády
,
J.
Rĕzáč
,
P.
Jurečka
,
M.
Urban
, and
P.
Hobza
,
J. Chem. Theory Comput.
4
,
1829
(
2008
).
28.
R.
Ditchfield
,
Mol. Phys.
27
,
789
(
1974
).
29.
K.
Wolinski
,
J. F.
Hinton
, and
P.
Pulay
,
J. Am. Chem. Soc.
112
,
8251
(
1990
).
30.
M. J.
Frisch
,
G. W.
Trucks
,
H. B.
Schlegel
,
G. E.
Scuseria
,
M. A.
Robb
,
J. R.
Cheeseman
,
G.
Scalmani
,
V.
Barone
,
G. A.
Petersson
,
H.
Nakatsuji
,
X.
Li
,
A. M. M.
Caricato
,
J.
Bloino
,
B. G.
Janesko
,
R.
Gomperts
,
B.
Mennucci
,
H. P.
Hratchian
,
J. V.
Ortiz
,
A. F.
Izmaylov
,
J. L.
Sonnenberg
,
D.
Williams-Young
,
F. L. F.
Ding
,
F.
Egidi
,
J.
Goings
,
B.
Peng
,
A.
Petrone
,
T.
Henderson
,
D.
Ranasinghe
,
V. G.
Zakrzewski
,
J.
Gao
,
N.
Rega
,
G.
Zheng
,
W.
Liang
,
M.
Hada
,
M.
Ehara
,
K.
Toyota
,
R.
Fukuda
,
J.
Hasegawa
,
M.
Ishida
,
T.
Nakajima
,
Y.
Honda
,
O.
Kitao
,
H.
Nakai
,
T.
Vreven
,
K.
Throssell
,
J. A.
Montgomery
, Jr.
,
J. E.
Peralta
,
F.
Ogliaro
,
M.
Bearpark
,
J. J.
Heyd
,
E.
Brothers
,
K. N.
Kudin
,
V. N.
Staroverov
,
T.
Keith
,
R.
Kobayashi
,
J.
Normand
,
K.
Raghavachari
,
A.
Rendell
,
J. C.
Burant
,
S. S.
Iyengar
,
J.
Tomasi
,
M.
Cossi
,
J. M.
Millam
,
M.
Klene
,
C.
Adamo
,
R.
Cammi
,
J. W.
Ochterski
,
R. L.
Martin
,
K.
Morokuma
,
O.
Farkas
,
J. B.
Foresman
, and
D. J.
Fox
, gaussian 09, Revision D.01,
Gaussian, Inc.
,
Wallingford, CT
,
2013
.
31.
T.
Heine
,
R.
Islas
, and
G.
Merino
,
J. Comput. Chem.
28
,
302
(
2007
).
32.
F.
Weinhold
,
C. R.
Landis
, and
E. D.
Glendening
,
Int. Rev. Phys. Chem.
35
,
399
(
2016
).
33.
M.
Orozco-Ic
,
J. L.
Cabellos
, and
G.
Merino
,
AroMagnetic
(
Cinvestav-Merida
,
Mexico
,
2016
).
34.
R.
Islas
,
T.
Heine
, and
G.
Merino
,
Acc. Chem. Res.
45
,
215
(
2012
).
35.
K. H.
Fischer
,
P.
Hemberger
,
A.
Bodi
, and
I.
Fischer
,
Beilstein J. Org. Chem.
9
,
681
(
2013
).
36.
R. W. A.
Havenith
,
P. W.
Fowler
, and
L. W.
Jenneskens
,
Org. Lett.
8
,
1255
(
2006
).
37.
G.
Monaco
and
R.
Zanasi
,
J. Phys. Chem. A
118
,
1673
(
2014
).
38.
A.
Magyarkuti
,
O.
Adak
,
A.
Halbritter
, and
L.
Venkataraman
,
Nanoscale
10
,
3362
(
2018
).
39.
J. M.
Azpiroz
,
R.
Islas
,
D.
Moreno
,
M. A.
Fernández-Herrera
,
S.
Pan
,
P. K.
Chattaraj
,
G.
Martínez-Guajardo
,
J. M.
Ugalde
, and
G.
Merino
,
J. Org. Chem.
79
,
5463
(
2014
).
40.
A. C.
Castro
,
M. P.
Johansson
,
G.
Merino
, and
M.
Swart
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
14
,
14905
(
2012
).
41.
B.
Mihailescu
,
I.
Plotog
, and
M. N.
Velcea
, in
2015 IEEE 21st International Symposium for Design and Technology in Electronic Packaging (SIITME)
(
IEEE
,
2015
), p.
157
.
42.
O.
Espinosa
and
V.
Slusarenko
,
Am. J. Phys.
71
,
953
(
2003
).
43.
V.
Labinac
,
N.
Erceg
, and
D.
Kotnik-Karuza
,
Am. J. Phys.
74
,
621
(
2006
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.