Искусственный аналог пигмента крови поможет устройствам хранить больше данных | Новости науки
Миниатюрные устройства для записи и хранения информации, датчики и сенсоры на «молекулярных магнитах» поможет изготовить новое химическое соединение. Российские ученые создали его на основе редкоземельного металла диспрозия и синтетического аналога кровяного пигмента — порфирина.
Кристаллы этого магнитно-активного вещества способны приобретать и сохранять намагниченность после отключения магнитного поля. При этом его функциональные единицы в миллиарды раз меньше магнитов, используемых в современной технике.
Ученые Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии РАН создали магнитно-активное соединение на основе гемигексафиразина — синтетического аналога порфирина. Это соединение имеет больший размер, чем природный порфирин, что потенциально удобно для получения проводящих соединений на его основе. Кроме того, он может занимать несколько положений в координационной сфере атома металла, а также вмещать в центральную полость несколько металлов. Все это позволяет варьировать и подстраивать магнитные свойства молекулы в широком диапазоне.
Исследователи ввели в структуру этой молекулы редко встречающийся в земной коре серебристый металл диспрозий, способный создавать магнитное поле при температурах от 27°С до 1627°С. Благодаря этому свойству его используют в электронике для создания устройств хранения данных: жестких дисков и флеш-накопителей.
В результате авторы синтезировали вещество, в состав которого входят кольца гемигексафиразина (лиганда) с ионом диспрозия. Затем они получили кристаллы этого соединения. Анализ структуры полученных веществ показал, что каждое кольцо лиганда не могло «вместить» в себя больше одного атома диспрозия, и это позволило избежать лишних магнитных связей.
Благодаря способности намагничиваться в широком диапазоне температур подобные соединения могут использоваться для создания новых устройств записи и хранения больших объемов информации, молекулярных датчиков и сенсоров. Так, записывать информацию можно будет, намагничивая ионы диспрозия в молекуле. При этом, поскольку собственные моменты вращения электронов атомов диспрозия выравниваются вдоль линии магнитного поля, материал сохранит свою намагниченность и после его отключения, что обеспечит сохранение данных.
На примере комплекса гемигексафиразина с диспрозием удалось получить более детальное представление о том, как взаимодействуют органические лиганды с ионами металлов, что поможет разрабатывать новые магнитные материалы.
«Ранее наши коллеги синтезировали соединение на основе аналога порфирина и одного атома диспрозия на поверхности золота. В этой работе мы показали, что синтез молекул с диспрозием в растворе тоже приводит к комплексу с одним атомом металла. Выявленная нами закономерность дает толчок к развитию магнитных материалов. Мы планируем продолжить эту работу и развивать предложенный подход, в частности «собрать» и исследовать соединения, содержащие другие металлы. Это позволит менять их намагниченность, например, с помощью изменения температуры», — рассказал участник проекта, поддержанного грантом РНФ, Максим Фараонов, кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории перспективных полифункциональных материалов Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии РАН.
В исследовании принимали участие сотрудники Института физики твердого тела РАН (Черноголовка), Ивановского государственного химико-технологического университета, Института химии растворов им. Г.А. Крестова РАН (Иваново), Института перспективных исследований в области химических наук (Испания).
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале CCS Chemistry.