Химики Томского политехнического университета в составе международного научного коллектива разработали подход, который позволяет эффективно управлять магнитными характеристиками органических соединений. Предложенная стратегия супрамолекулярного дизайна дает возможность контролировать силу обменного взаимодействия в чистых органических магнетиках без использования ионов металлов. Результаты экспериментов демонстрируют, что созданные по новой методике кристаллы проявляют магнитные свойства, почти в 100 раз превосходящие показатели исходных материалов. Результаты работы ученых опубликованы в журнале Crystal Growth & Design.
В Минобрнауки России рассказали, что исследования в области молекулярного магнетизма направлены на создание молекул с заданными и предсказуемыми магнитными параметрами. В таких структурах роль носителей магнитного момента играют неспаренные электроны, локализованные на самих молекулах. Однако сложность заключается в контроле обменного взаимодействия между ними, которое часто нарушается из-за труднопредсказуемого расположения молекул в твердом состоянии.
Ученые ТПУ совместно с коллегами из российских и зарубежных центров предложили решение, основанное на одновременном применении двух типов слабых невалентных связей — галогенной и водородной. Их совместное действие позволило увеличить межмолекулярные обменные взаимодействия с почти нулевых значений до -78 K. Этот показатель приближается к характеристикам лучших известных органических магнитных материалов на основе нитронил нитроксильных радикалов.
Принцип нашей технологии состоит в использовании линейного акцептора невалентных взаимодействий – 1,4-диазабициклооктана (DABCO), имеющего два симметричных сайта связывания. За счет удачной геометрии молекулы DABCO и спин-меченные молекулы-доноры выстраиваются в линейные ансамбли, организованные галогенной и водородной связями. Такой дизайн способствует сближению неспаренных электронов между супрамолекулярными цепями, что увеличивает силу обменного взаимодействия
В ходе работы политехники синтезировали три типа кристаллических материалов с различной степенью выраженности магнитных свойств. Анализ подтвердил формирование новых супрамолекулярных ансамблей и изменение магнитных характеристик благодаря перекрыванию орбиталей с неспаренными электронами. В ряде случаев магнитный обмен в полученных материалах усилился почти на два порядка по сравнению с изолированными радикалами.
Разработанный подход может стать основой для создания широкого спектра функциональных материалов и устройств. Среди потенциальных применений — разработка сенсоров нового поколения, а также изучение эффектов памяти отдельных молекул, что перспективно для систем с высокой плотностью записи данных.
Ранее Наука Mail рассказывала, что химики создали стабильный материал-конструктор для датчиков.
