Новости химической науки > Новые супрамолекулярные магниты для устройств записи

Сделан еще один шаг в создании систем ультраплотной записи информации на оснвое отдельных молекул – исследователи из Японии, работающие под руководством Такузо Аиды (Takuzo Aida) разработали новый строительный блок для таких устройств записи – супрамолекулярный магнит, инкапсулированный в молекулу с магнитными свойствами.

Сферический металлофуллерен образует ферромагнитный комплекс типа гость-хозяин (слева), однако, когда хозяина трансформируется в закрытую клетку, ферромагнетизм исчезает (справа). (Рисунок из J. Am. Chem. Soc., 2011, 133 (24), 9290)

Разработанный исследователями супрамолекулярный магнит основан на металлофуллереновой системе – La@C₈₂ – ионе лантана, инкапсулированного в сферическую клетку из 82 атомов углерода. Система La@C₈₂ отличается ярко выраженными парамагнитными свойствами – он намагничивается при воздействии внешнего магнитного поля. Однако, как и все парамагентики, La@C₈₂ размагничивается при снятии воздействия внешнего поля, что делает его бесполезным для хранения данных.

В попытке избавиться от эффекта размагничивания Аида с коллегами разработал молекулярный компонент, позволяющий получить супрамолекулярный ферромагнит непосредственно из La@C₈₂. Исследователи создали проявляющую парамагнитные свойства медьсодержащую структуру, способную инкапсулировать La@C₈₂ во внутренней полости. При смешении самоорганизация двух компонентов приводит к образованию комплекса гость-хозяин. Для того, чтобы гость La@C₈₂ не покидал радушного хозяина исследователи соединили два фрагмента медьсодержащего гостя, превратив его в клетку.

Однако, как отмечает Аида, изучение магнитных свойств раскрытого и закрытого комплекса оказалось для исследователей не совсем приятным сюрпризом. Взаимодействие парамагнитных компонентов приводило к тому, что система La@C₈₂/клетка проявляла свойства ферромагнита, однако при «запирании» клетки ферромагнетизм системы исчезал.

Аида отмечает, что магнитное поведение комплексов гость-хозяин достаточно сложно предсказать a priori. Исследователи надеялись, что «запертый в клетку» La@C₈₂ будет проявлять ферромагнитные свойства, однако, их ожидания разбились о реальность.

Проведенные исследователями расчеты показали, что изменение магнитных свойств определяется изменением геометрического строения. Находясь в полости хозяина La@C₈₂ достаточно плотно «зажат» клеткой и, «открытая» клетка принимает искаженную асимметрическую структуру. Однако при замыкании клетки ее структура симметризуется, и для такого симметричного состояния ферромагнитное состояние оказывается уже не столь энергетически выгодным, как для асимметрической структуры.

В настоящее время исследователи из группы Аиды продолжают работу с супрамолекулярным ферромагнитом, созданным на основе открытой клетки, пытаясь построить сложные системы из таких супрамолекулярных архитектур, разместив их на твердой подложке – это можно воспринимать как первый значимый шаг в создании прототипа работающего устройства памяти. Аида отмечает, что при правильной ориентации клеток хозяина в таком устройстве есть шанс на сохранение ферромагнитного состояния.

Источник: J. Am. Chem. Soc., 2011, 133 (24), 9290; DOI: 10.1021/ja203491s

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