Принципиально новый подход к синтезу помог получить магнитный переключатель

Российские исследователи предложили новый способ соединять органические молекулы с ионом металла, чтобы изготавливать магнитные системы, свойствами которых можно управлять при помощи изменения температуры. Подход позволил не только получать разнообразные комплексы практически в одной колбе, но и синтезировать ранее недоступные вещества. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы на страницах журнала Inorganic Chemistry, помогут разработать магнитные системы для молекулярных сенсоров, переключателей и логических устройств, способных хранить большие объемы информации и быстро их обрабатывать.

На большинстве современных компьютеров установлены магнитные носители информации из неорганических материалов. Плотность хранения данных на них ограничена размером доменов — групп атомов, которые одинаковым образом изменяют свое магнитное состояние. Они содержат миллионы атомов, и те соответствуют всего лишь одному биту.

Чтобы преодолеть это ограничение, ученые предлагают использовать молекулы, содержащие ион металла в органической «шубе». В такой «шубе» некоторые ионы металлов могут обратимо переключаться между двумя состояниями (более и менее магнитным — «сильным» и «слабым» соответственно) под действием внешних факторов — температуры, давления или света. Таким образом, эти комплексы потенциально способны хранить один бит информации всего в одной молекуле, благодаря чему на их основе можно создать устройства для хранения информации с практически неограниченной емкостью.

Сотрудники Института элементоорганических соединений имени А. Н. Несмеянова РАН и Московского государственного технического университета имени Н. Э. Баумана (Москва) предложили новый однореакторный (в «одной колбе») подход к синтезу «гетеролептических» комплексов, в которых ион металла одновременно связан с разными органическими соединениями — лигандами. Он заключается в том, что к иону металла последовательно добавляют два разных лиганда. Один из них обычно образует комплексы в «сильном» магнитном состоянии, а другой — в «слабом». Поскольку каждый из лигандов предпочитает свое магнитное состояние, при помещении в одну молекулу комплекса они начинают «бороться» друг с другом, а изменение температуры позволяет управлять, кто из них «победит» и определит магнитные свойства молекулы.

«Мы смогли не только получить перспективные молекулярные соединения, магнитные свойства которых мы можем регулировать, выбрав определенную комбинацию лигандов, но и предложили совершенно новый принцип их конструирования. Обычно просто смешивают соль металла и два органических вещества, которые сами по себе образуют комплексы, способные к переключению. Однако в этом случае не всегда получается комплекс именно с разными лигандами. Кроме того, большинство лигандов не позволяют иону металла менять свое магнитное состояние. Наш подход решает обе проблемы: мы соединяем "сильные" и "слабые" лиганды, получаем комплекс, который может быть одновременно и тем и другим, и управляем уже им. Наша работа может стать важным шагом на пути к созданию полноценного квантового компьютера из молекулярных материалов», — рассказывает Юлия Нелюбина, доктор химических наук, руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, заведующая Центром исследования строения молекул ИНЭОС РАН.