Химики впервые получили устойчивые к воздуху и влаге металлоорганические соединения редкоземельных металлов

Ученые впервые синтезировали металлоорганические соединения редкоземельных металлов: иттрия, тербия, диспрозия, гольмия и эрбия. Эти соединения остаются стабильными на воздухе и в присутствии влаги, а также при нагревании. Кроме того, комплексы тербия, диспрозия и эрбия проявляют свойства молекулярных магнитов в приложенном магнитном поле. Молекулярные магниты интересны тем, что потенциально они могут лечь в основу новых носителей информации с недоступным на сегодняшний день объемом памяти. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Inorganic Chemistry Frontiers.

Современные носители информации и устройства памяти практически достигли возможного предела миниатюризации, поэтому, чтобы компактно хранить большие объемы данных, нужны принципиально новые технологии и материалы. В частности, перспективными считаются мономолекулярные магниты — в них носителем информации служит всего одна молекула. Благодаря этому они позволят записывать, хранить и обрабатывать данные с недоступной другим технологиям плотностью и скоростью. Однако молекулярные магниты пока не используются на практике из-за низкой стабильности: большинство из них сохраняют свою структуру и свойства только при экстремально низких температурах и разрушаются под воздействием воздуха и влаги.

Исследователи из Института элементоорганических соединений имени А.Н. Несмеянова РАН (Москва) и Института металлоорганической химии имени Г.А. Разуваева РАН (Нижний Новгород) с коллегами синтезировали стабильные металлорганические комплексы редкоземельных металлов, часть из которых продемонстрировала свойства молекулярных магнитов в приложенном магнитном поле.

Новые соединения имеют сэндвичевое строение: ион металла (иттрия или лантаноидов тербия, диспрозия, гольмия и эрбия) в них заключен между двумя параллельно расположенными плоскими лигандами — фрагментами органических молекул. Эксперименты показали, что полученные соединения устойчивы к воздействию воздуха и влаги. Кроме того, они выдерживают возгонку в вакууме (переход в газообразное состояние). Благодаря этим свойствам синтезированные комплексы можно будет использовать для получения новых функциональных материалов, композитов и пленок.

Исследование магнитных свойств полученных комплексов показало, что формального выполнения геометрических требований, таких как аксиальное строение с параллельным расположением лигандов в координационной сфере ионов металлов, недостаточно для возникновения свойств истинных молекулярных магнитов. Комплексы тербия, диспрозия и эрбия проявляют эти свойства только в приложенном магнитном поле. Полученные результаты вносят большой вклад в понимание того, как природа лигандов и электронная структура подобных молекул влияет на их магнетизм, что важно для дизайна эффективных молекулярных магнитов.

«В дальнейшем мы планируем расширить ряд металлоорганических соединений лантаноидов данного класса и исследовать факторы, влияющие на их магнитные свойства и стабильность. Отдельно необходимо отметить, что при переходе от фундаментальных исследований к практическому использованию важно учитывать антиоксидантную, гидролитическую и термическую стабильность разрабатываемых материалов», — рассказывает участник проекта, поддержанного грантом РНФ, Дмитрий Любов, кандидат химических наук, старший научный сотрудник, заместитель заведующего лабораторией металлокомплексного катализа Института металлоорганической химии имени Г.А. Разуваева РАН.

В исследовании принимали участие сотрудники Института физической химии и электрохимии имени А. Н. Фрумкина РАН (Москва), Института общей и неорганической химии имени Н.С. Курнакова (Москва), Университета Монпелье (Франция) и Маастрихтского университета (Нидерланды).