Ученые предложили новое соединение для хранения информации
03.03.2020
Группа
ученых 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.
Любую
информацию можно зашифровать с помощью нулей и единиц, или битов. В современных
магнитных носителях используются особые домены, способные кодировать ноль или
единицу в зависимости от своей намагниченности. Однако такие домены слишком
большие: они состоят из миллионов атомов, поэтому носитель информации может
быть либо большим и емким, либо маленьким и невместительным. Чтобы преодолеть
ограничения, связанные с размерами, емкостью и долговечностью, исследователи
активно изучают комплексы переходных металлов (элементов побочных групп таблицы
Менделеева). Они состоят из иона металла и окружающих его органических молекул.
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.
![(jpeg, 119 Kб)](/FStorage/Download.aspx?id=92c3d4ab-28ea-44c0-bea7-1640163bdae9)
Картинка
1. Иллюстрация основной идеи работы.
Источник: Юлия Нелюбина.
![(jpeg, 23 Kб)](/FStorage/Download.aspx?id=8bb7e5cf-1f68-473d-bbcf-1d1c41464bc4)
Картинка
2. Принцип в основе использования соединений со спиновым переходом для хранения
информации: два устойчивых состояния
электронов в комплексе определяют нуль и
единицу.
Источник: Юлия Нелюбина.
![(jpeg, 143 Kб)](/FStorage/Download.aspx?id=55647794-259d-4782-a304-334c228c0067)
Картинка
3. Член коллектива химик Игорь Никовский в процессе синтеза нового соединения
со спиновым переходом.
Источник: Юлия Нелюбина.
![(jpeg, 153 Kб)](/FStorage/Download.aspx?id=2e33f70d-1090-4903-a747-9db90537efd7)
Картинка
4. Российский коллектив авторов в лабораторной комнате, где проводится синтез
соединений.
Источник: Юлия Нелюбина.
![(jpeg, 148 Kб)](/FStorage/Download.aspx?id=cac2b267-52b7-4ad4-a0ed-e61822555a31)
Картинка
5. Российский коллектив авторов у ЯМР-спектрометра, использовавшегося для
анализа магнитных свойств соединений.
Источник: Юлия Нелюбина.
Пресс-служба Российского научного фонда