Ученые Химического факультета ЮФУ впервые выявили, что нетипичные комплексные соединения кобальта, железа и никеля могут проявлять свойства моноионных магнитов. В перспективе это позволит применять такие вещества при создании сверхплотных эффективных устройств электронной компонентной базы для хранения информации, в тысячу раз более емких, чем современные.
Сегодня в нашем мире происходит бурное развитие технологий в области миниатюризации: люди учатся управлять все меньшими по размеру объектами, двигаясь от макроскопичеких к микро и нанообъектам и, наконец, к отдельным молекулам. Именно с этим связан интерес научного сообщества к области мономолекулярных или же моноионных магнитов.
Мономолекулярные магниты (молекулярный магнетик, или SMM (англ. single-molecule magnet)) – это макромолекулы, состоящие из 100–1000 атомов. При этом, единственная молекула или атом в них способны сохранять намагниченность. Их состояние может переключаться внешним магнитным полем.
В недавнем исследовании ученые ЮФУ установили, что гептакоординированные ионы металлов 3d-ряда, от железа до никеля, в пентагональной бипирамидальной (PBY) координационной среде могут проявлять свойства моноионного магнита (SIM). Соединения SIM относятся к семейству молекулярных магнетиков, в которых накопление намагниченности ограничено отдельными парамагнитными центрами - ионами d- или f-металлов.
«Гептакоординация типа PBY не характерна для "поздних" ионов переходных металлов 3d-ряда, особенно в полностью азотном донорном окружении, из-за их довольно малых ионных радиусов. Однако нам удалось синтезировать такие соединения некоторых металлов на основе продукта конденсации 2,6-диацетилпиридина с 2-гидразинопиримидином, установить их структуру методом рентгеноструктурного анализа монокристаллов и детально изучить магнитные свойства в постоянном и переменном поле», – рассказал заведующий кафедрой физической и коллоидной химии Химического факультета ЮФУ Игорь Щербаков.
В настоящее время материалы способны сохранять намагниченность только при очень низких температурах, ниже так называемой температуры блокировки, так как барьеры перемагничивания (энергия, необходимая для изменения направления намагниченности образца на противоположное под действием внешнего магнитного поля) невелики.
По словам ученого, сейчас исследователи накапливают экспериментальный материал, ищут связь между строением молекул и их магнитными свойствами. Это позволит выработать способы «конструирования» молекул с заданными свойствами и найти подходы к усилению нужных технологических характеристик. Будущие исследования уже смогут привести к созданию мощных устройств электронной компонентной базы систем памяти и к разработке новых технологий, основанных на использовании свойств электронных спинов – например, к созданию квантовых вычислительных устройств.
Результаты исследования опубликованы в журнале Magnetochemistry.