Версия для печати

Ученые предложили новое соединение для хранения информации

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.

Картинка 1. Иллюстрация основной идеи работы.
Источник: Юлия Нелюбина.

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.

Картинка 3. Член коллектива химик Игорь Никовский в процессе синтеза нового соединения со спиновым переходом.
Источник: Юлия Нелюбина.

Картинка 4. Российский коллектив авторов в лабораторной комнате, где проводится синтез соединений.
Источник: Юлия Нелюбина.

Картинка 5. Российский коллектив авторов у ЯМР-спектрометра, использовавшегося для анализа магнитных свойств соединений.
Источник: Юлия Нелюбина.

Пресс-служба Российского научного фонда