office@icp.ac.ru
+7 496 522-51-64
|
Представьте молекулу, которая может “переключаться” между магнитными состояниями как выключатель, и при этом вести себя как крошечный магнит с памятью. Такие материалы – “святой Грааль” молекулярной электроники для сверхплотной памяти, квантовых компьютеров и датчиков. Недавнее исследование, опубликованное в журнале Polyhedron , раскрывает удивительные свойства новых комплексов марганца(III) с лигандами семейства sal2 323, содержащими хлор и бром, и анионом кобальта(II) Ученые отдела строения вещества ФИЦ ПХФ и МХ РАН синтезировали новые соединения, в которых катионы марганца Mn(III) должны демонстрировать спиновый переход (изменение магнитного состояния под действием температуры), а анионы кобальта Co(II) – работать как “одномолекулярные магниты” (SМM).. Но вместо синергии получился эффект “антимагнита”: магнитные центры начали мешать друг другу! Что сделали учёные? Исследователи синтезировали три соединения, в которых положительно заряженные частицы (катионы) марганца(III) взаимодействуют с анионом [Co(pdms)₂]²⁻. При нагреве до 100–350 °C комплексы “переключаются” между двумя магнитными состояниями — низким (LS) и высоким (HS) спиновым состоянием. Это явление называется спин-кроссовером (SCO). При этом анион кобальта обеспечивает сильную магнитную анизотропию — свойство, делающее возможным хранение информации в виде ориентации магнитного момента.  Обычно материалы с эффектом спин-кроссовера (например, на основе железа) и одномолекулярные магниты (SMM), демонстрирующие медленную релаксацию магнитного состояния, рассматриваются отдельно. Однако сочетание этих свойств в одном веществе открывает путь к магнитной многостабильности — возможности сохранять несколько состояний одновременно. Это может привести к созданию молекулярных устройств, способных выполнять сложные логические операции, например, “многовыходные переключатели” или элементы памяти нового поколения. Представьте, что молекулы этих комплексов — это “магнитные актёры”, которые могут менять роль в зависимости от температуры: то “замерзать” в низкоспиновом состоянии, то “оживать” в высокоспиновом. А кобальтовый анион — как “режиссёр”, задающий направление магнитному моменту. Такая симфония взаимодействий делает эти материалы перспективными для “молекулярной электроники”, где вместо транзисторов будут работать отдельные молекулы Ранее подобные гибридные системы создавались только с использованием редкоземельных элементов, дорогих и дефицитных. Новый подход на основе марганца и кобальта — распространённых металлов — делает производство таких материалов более экономичным. Кроме того, точная настройка свойств через замену заместителей в лигандах (хлор/бром) открывает путь к “проектированию” материалов с нужными характеристиками. Это исследование — шаг к созданию “умных” материалов, где магнитные свойства управляются не только внешними полями, но и химическими модификациями. Как отмечают авторы, такие комплексы могут стать основой для устройств, где информация будет храниться и обрабатываться на уровне отдельных молекул — технологий, пока доступных лишь в фантастических романах Перспективы: Исследование проведено на базе ФИЦ ПХФ и МХ РАН, научными сотрудниками отдела Строения вещества: Александра Тиунова, Денис Корчагин, Геннадий Шилов, Юрий Манакин, Алексей Дмитриев, Михаил Жидков, Анна Казакова, Сергей Михайлович Алдошин и Эдуард Борисович Ягубский Aleksandra V. Tiunova, Denis V. Korchagin, Gennady V. Shilov, Yuriy V. Manakin, Aleksei I. Dmitriev, Mikhail V. Zhidkov, Anna V. Kazakova, Sergey M. Aldoshin, Eduard B. Yagubskii // Cation spin-crossover complexes of Mn(III) with 3,5-dihalogen-substituted ligands of the sal2323 family and the paramagnetic counterion [Co(pdms)2]2− // Polyhedron, Q2, IF=2.4, |
Представьте молекулу, которая может “переключаться” между магнитными состояниями как выключатель, и при этом вести себя как крошечный магнит с памятью. Такие материалы – “святой Грааль” молекулярной электроники для сверхплотной памяти, квантовых компьютеров и датчиков. Недавнее исследование, опубликованное в журнале Polyhedron , раскрывает удивительные свойства новых комплексов марганца(III) с лигандами семейства sal2 323, содержащими хлор и бром, и анионом кобальта(II)
Ученые отдела строения вещества ФИЦ ПХФ и МХ РАН синтезировали новые соединения, в которых катионы марганца Mn(III) должны демонстрировать спиновый переход (изменение магнитного состояния под действием температуры), а анионы кобальта Co(II) – работать как “одномолекулярные магниты” (SМM).. Но вместо синергии получился эффект “антимагнита”: магнитные центры начали мешать друг другу!
Что сделали учёные?
Исследователи синтезировали три соединения, в которых положительно заряженные частицы (катионы) марганца(III) взаимодействуют с анионом [Co(pdms)₂]²⁻. При нагреве до 100–350 °C комплексы “переключаются” между двумя магнитными состояниями — низким (LS) и высоким (HS) спиновым состоянием. Это явление называется спин-кроссовером (SCO). При этом анион кобальта обеспечивает сильную магнитную анизотропию — свойство, делающее возможным хранение информации в виде ориентации магнитного момента.
Обычно материалы с эффектом спин-кроссовера (например, на основе железа) и одномолекулярные магниты (SMM), демонстрирующие медленную релаксацию магнитного состояния, рассматриваются отдельно. Однако сочетание этих свойств в одном веществе открывает путь к магнитной многостабильности — возможности сохранять несколько состояний одновременно. Это может привести к созданию молекулярных устройств, способных выполнять сложные логические операции, например, “многовыходные переключатели” или элементы памяти нового поколения.
Представьте, что молекулы этих комплексов — это “магнитные актёры”, которые могут менять роль в зависимости от температуры: то “замерзать” в низкоспиновом состоянии, то “оживать” в высокоспиновом. А кобальтовый анион — как “режиссёр”, задающий направление магнитному моменту. Такая симфония взаимодействий делает эти материалы перспективными для “молекулярной электроники”, где вместо транзисторов будут работать отдельные молекулы
Ранее подобные гибридные системы создавались только с использованием редкоземельных элементов, дорогих и дефицитных. Новый подход на основе марганца и кобальта — распространённых металлов — делает производство таких материалов более экономичным. Кроме того, точная настройка свойств через замену заместителей в лигандах (хлор/бром) открывает путь к “проектированию” материалов с нужными характеристиками.
Это исследование — шаг к созданию “умных” материалов, где магнитные свойства управляются не только внешними полями, но и химическими модификациями. Как отмечают авторы, такие комплексы могут стать основой для устройств, где информация будет храниться и обрабатываться на уровне отдельных молекул — технологий, пока доступных лишь в фантастических романах
Перспективы:
Несмотря на то, что в данном случае магнитные центры “мешали” друг другу, сама концепция создания бистабильных или мультистабильных материалов, объединяющих SCO и SMM, остается чрезвычайно перспективной. Понимание причин подавления релаксации, полученное в этой работе, поможет в будущем дизайне более совершенных молекулярных систем для наноэлектроники и квантовых технологий, где можно будет независимо или совместно управлять разными типами магнитной памяти и переключения.
Исследование проведено на базе ФИЦ ПХФ и МХ РАН, научными сотрудниками отдела Строения вещества: Александра Тиунова, Денис Корчагин, Геннадий Шилов, Юрий Манакин, Алексей Дмитриев, Михаил Жидков, Анна Казакова, Сергей Михайлович Алдошин и Эдуард Борисович Ягубский
Aleksandra V. Tiunova, Denis V. Korchagin, Gennady V. Shilov, Yuriy V. Manakin, Aleksei I. Dmitriev, Mikhail V. Zhidkov, Anna V. Kazakova, Sergey M. Aldoshin, Eduard B. Yagubskii // Cation spin-crossover complexes of Mn(III) with 3,5-dihalogen-substituted ligands of the sal2323 family and the paramagnetic counterion [Co(pdms)2]2− // Polyhedron, Q2, IF=2.4,