Исследование научных сотрудников отдела строения вещества Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии Российской академии наук раскрывает перспективные свойства новых комплексов марганца (III) с лигандами семейства sal₂ 323, содержащими хлор и бром, и анионом кобальта (II).

Сотрудники 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 условные 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. Такое взаимодействие 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.

Результаты исследования опубликованы в журнале Polyhedron.

Источник: ФИЦ ПХФ и МХ РАН.