Создан эмиссионный молекулярный термометр

Российские химики получили многофункциональный комплекс — четырехъядерное каркасное соединение лантанидов. Оно проявляет и свойства мономолекулярного магнита, и эмиссионного термометра, работающего в широком диапазоне температур. Результаты опубликованы в журнале RSC Advances.

Будущие технологии полагаются на те феномены, которые раньше считались уделом исключительно теоретической физики или химии. Например, подход к устройствам с высокой плотностью хранения информации возник благодаря тому, что химики открыли «одномолекулярные магниты» — необычные комплексы переходных металлов и лантанидов. Кроме того, ряд лантанидных соединений проявляют и свойства люминесценции, зависящие от температуры. Эти свойства лежат в основе создания молекулярных термометров — устройств, позволяющих дистанционное измерение температуры с высокой чувствительностью и разрешением. Эти «лантанидные термометры» очень перспективны для будущих применений в биологии, медицине и криогенике. Российские химики получили каркасные соединения лантанидов, одновременно проявляющие свойства мономолекулярных магнитов и лантанидных термометров.

«Соединения лантанидов различного состава и строения интересуют исследователей благодаря магнитным и люминесцентным свойствам. Это впечатляет не только с фундаментальной точки зрения, но и благодаря многообещающим технологическим применениям. Нашей целью было создать люминесцентные соединения с комбинацией свойств эмиссионных термометров и мономолекулярных магнитов. Примеры таких соединений весьма редки, в то время как именно они представляют особый интерес вследствие возможности мониторинга температуры будущих мономолекулярно-магнитных устройств на молекулярном уровне», — рассказал Aлексей Биляченко, доктор химических наук, ведущий научный сотрудник объединенного института химических исследований РУДН.

Химики синтезировали соединения на основе силсесквиоксанов — кремнийорганической «матрицы», позволяющей получать каркасные структуры, содержащие ионы лантанидов различной природы. Эта важная особенность каркасов позволяет получать поведение, комбинирующее свойства различных лантанидных центров. Были получены три первых примера таких «разнометаллических» каркасов. Все они содержат четыре иона лантаноидов.

Соединение, комбинирующие ионы диспрозия и тербия (а также соединение, содержащее тройную комбинацию — европий-тербий-иттрий) проявляет и свойства парамагнетика (взаимодействия с магнитным полем) и эмиссии (свечения, характерного для этих лантанидов).

Соединение, включающее ионы европия и диспрозия, оказалось наиболее интересным. Оно одновременно проявляет свойства мономолекулярного магнита и лантанидного термометра. Соединение применимо в качестве эмиссионного термометра в широком диапазоне температур — от 20°C до 100°C и характеризуется высокой относительной тепловой чувствительностью (1,15% -1°C при 20°C). Получение этого соединения открывает широкие возможности для молекулярного дизайна функциональных лантанидных комплексов.

«Полученный нами комплекс проявляет необычные, многофункциональные, свойства — одномолекулярного магнита и эмиссионного термометра с механизмом самокалибровки. Дальнейшие исследования в этой области очень перспективны для создания материалов нового поколения», — отметил Aлексей Биляченко.