Группа химиков синтезировала новые молекулярные комплексы железа с переключаемыми магнитными свойствами и предложила совершенно новый принцип их конструирования. Присоединение разных «хвостов» к органическим каркасам позволяет управлять их чувствительностью к внешнему сигналу в широких температурных диапазонах. Разработка поможет развитию устройств для сверхплотного хранения и сверхбыстрой обработки информации. Работа поддержана грантом Российского научного фонда. Результаты исследования представлены в журнале Chemistry — A European Journal.
В подобных соединениях могут одновременно присутствовать несколько неспаренных электронов, каждый из которых приводит к появлению магнитных свойств у конечного вещества. Наиболее интересны с точки зрения хранения информации комплексы металлов, которые способны изменять свои магнитные свойства под действием света, давления или температуры. Вызвано это тем, что из-за внешнего влияния происходит переключение между молекулярными состояниями, в одном из которых все электроны сгруппированы попарно, а в другом некоторые из них становятся неспаренными, что позволяет хранить один бит информации в одной молекуле комплекса.
«Углубление и уточнение знаний мирового сообщества о принципах дизайна подобных соединений с заданными магнитными характеристиками является одним из необходимых шагов на пути их применения в качестве молекулярных сенсоров, переключателей и логических устройств», — рассказывает Юлия Нелюбина, руководитель проекта по гранту РНФ, доктор химических наук, заведующая Центром исследования строения молекул Института элементоорганических соединений имени А. Н. Несмеянова РАН.
В своей работе ученые ИНЭОС РАН (Москва) с использованием оборудования коллег из Манчестерского университета (Англия) и Курчатовского института (Москва) исследовали комплексы железа, в которых органический компонент представлен производными 2,6-бис-(пиразол-3-ил)-пиридина (3-bpp). Органическое соединение 3-bpp представляет собой три связанных кольца, каждое из которых содержит в своем составе атом азота. Оно имеет свободные NH-группы, которые могут связываться с молекулами растворителя, что непредсказуемым образом влияет на магнитные свойства итогового комплекса железа. Чтобы избавиться от этих NH-групп, исследователи предложили заменить их на бензольные кольца (шестичленные циклы с двойными углеродными связями) с различными боковыми «хвостами». Это позволяет управлять магнитными свойствами иона железа, используя в синтезе разные заместители. Ученые выяснили, что вопреки традиционным представлениям замена небольших атомов фтора на более объемные этильные группы CH3-СH2– в такой структуре приводит к значительному росту числа молекул со спаренными электронами при одной и той же температуре, а не наоборот.
«В результате исследования мы обнаружили новые перспективные молекулярные соединения с переключаемыми магнитными свойствами, которыми можно управлять направленной модификацией органического компонента. Кроме того, нами был предложен совершенно новый принцип их конструирования, противоречащий общепринятым представлениям в данной области науки», — заключает Юлия Нелюбина.
Текст: РНФ
Nikovskiy, I., Polezhaev, A., Novikov, V., Aleshin, D., Pavlov, A., Saffiulina, E., Aysin, R., Dorovatovskii, P., Nodaraki, L., Tuna, F. and Nelyubina, Y. (2020), Towards molecular design of spin‐crossover complexes of 2,6‐bis(pyrazol‐3‐yl)pyridines. Chem. Eur. J.. Accepted Author Manuscript. doi:10.1002/chem.202000047
