Новости химической науки > Самый маленький переключатель магнитных свойств

Группа исследователей из Киля под руководством профессора Райнера Хергеса (Rainer Herges) впервые смогла напрямую контролировать магнитное состояние одной молекулы при комнатной температуре.

Молекула с переключаемым магнитным состоянием может применяться как для создания малоразмерных электромагнитных устройств хранения, а также для получения медицинских контрастов нового поколения.

Обратимое фотоинициируемое изменение магнитного состояния никель-порфиринового комплекса, модифицированного азопиридиновым фрагментом. Без освещения термически инициируемая конверсия парамагнитного цис-соединения в более термодинамически стабильный транс-изомер происходит очень медленно. Период полупревращения цис-соединения в ацетонитрильном растворе при 54°C составляет 27 часов, в растворе ДМСО стабильность цис-фромы еще выше. (Рисунок из Science, 2011; 331 (6016): 445 DOI: 10.1126/science.1201180)

Исследователи из Университета Киля разработали молекулярное устройство, отчасти напоминающее проигрыватель для грампластинок. Молекула представляет собой порфириновый комплекс никеля, с порфириновым лигандом которого через группу –N=N- связан пиридиновый фрагмент. При облучении молекулы сине-зеленым светом в «звукоснимающем устройстве» происходит цис-транс-изомеризация и атом азота пиридинового заместителя, располагается точно над атомом никеля, координируясь с ним, размещаясь при этом как звукоснимающая игла на звуковой дорожке.

Координация приводит к тому, что ион никеля приобретает магнитные свойства, так как при взаимодействии азота с никелем происходит распаривание его электронов. Магнитные свойства комплекса «отменяются» действием ультрафиолетового излучения – при облучении УФ диазо-фрагмент меняет свою конфигурацию с цис- на транс-, атом азота пиридинового цикла разрывает связь с никелем, электроны никеля образуют пару, и магнитные свойства исчезают. Хергес отмечает, что переход между различными электронными состояниями иона никеля, вызванный облучением комплекса светом с двумя различными длинами волны, может осуществляться до десятка тысяч раз подряд, при этом молекулярное устройство не разрушается, побочные реакции не протекают.

Самый маленький переключатель магнитного состояния, размеры которого составляют лишь около 1,2 нм, может использоваться как крошечный магнитный резервуар в молекулярной электронике. Хергес уверен, что разработанной в его группе молекулярной машиной в первую очередь должны заинтересоваться производители магнитных накопителей памяти, так как такая молекула-переключатель может существенно увеличить емкость дисков за счет уменьшения размера индивидуального магнитного домена, «запоминающего» элементарную единицу информации. В соответствии с уже проведенными первоначальными тестами, проведенными в Медицинском Центре Университета Шлезвиг-Гольштейна, новая система может также применяться в качестве контрастного агента для МРТ, позволяя отслеживать изменения температуры, рН, содержания определенных биохимических маркеров в организме.

Источник: Science, 2011; 331 (6016): 445 DOI: 10.1126/science.1201180

метки статьи: #молекулярная электроника, #молекулярные устройства, #новые материалы, #органическая химия, #элементоорганическая химия