Изменения обратимы: российские химики синтезировали необычный материал с переключаемыми физическими свойствами

Российские химики синтезировали соединение, на основе которого в будущем могут создаваться молекулярные сенсоры для квантовых компьютеров, датчиков и систем сверхплотного хранения информации. Новое устойчивое на воздухе соединение кобальта, которое способно обратимо изменять свои магнитные свойства и кристаллическую структуру под действием температуры, создали ученые из подведомственного Минобрнауки России Института общей и неорганической химии имени Н. С. Курнакова (ИОНХ) РАН вместе с коллегами из Института элементоорганических соединений имени А. Н. Несмеянова РАН, Курчатовского института и Международного томографического центра.

Разработка молекулярных материалов, физические свойства которых можно контролировать с помощью внешних воздействий — света, электрического поля, температуры и давления, в последнее время все чаще привлекает внимание исследователей. Основой таких высокотехнологичных материалов служат координационные или металлоорганические соединения.

В большинстве современных компьютеров используются магнитные устройства хранения информации. Плотность записи на них ограничена размером ансамбля — группы миллионов атомов, которые хранят лишь один бит информации. В молекулярных магнитах потенциальным битом информации может быть одна молекула (ион металла в окружении органических соединений), что теоретически повысит плотность записи информации в тысячи и миллионы раз.

Ученые из ИОНХ РАН предложили поместить в окружение кобальта молекулу с длинным углеродным каркасом, подвижность которого способна привести к изменению структуры всей молекулы и ее магнитных свойств.

«Мы решили задачу синтеза и выделения монокристаллов нового вещества. Определяя его строение, мы обнаружили, что под действием температуры молекулярная структура соединения меняется, а кристалличность при этом сохраняется. Изменяя окружение иона кобальта, мы получили эффективный инструмент для контроля физических свойств материала», — пояснил Дмитрий Ямбулатов, старший научный сотрудник лаборатории химии координационных полиядерных соединений ИОНХ РАН.

Авторы исследования считают, что использование нежестких органических молекул при создании «переключаемых» материалов поможет в тонкой настройке их физических свойств.

«В будущем мы хотим расширить набор органических соединений и синтезировать комплексы кобальта с более длинными молекулами, а также подобрать такие заместители, которые бы привели к получению трехмерных координационных полимеров — это должно привести к большему количеству переключаемых физических эффектов. Сейчас наш полимер — это цепочки, состоящие из «хвоста» иона кобальта, которые сжимаются/разжимаются в одной оси. Если мы сможем сжимать/разжимать в дополнительных осях, то эффективность контроля увеличится», — поделился планами научного коллектива Дмитрий Ямбулатов.

Работа выполнена в рамках государственного задания Минобрнауки России, результаты исследования опубликованы в одном из научных журналов.