Российские ученые получили металлорганические соединения с переключаемыми магнитными свойствами. Входящие в их состав ионы металлов способны обратимо менять спиновое состояние в ответ на внешние воздействия, а следовательно, кодировать один бит информации в одной молекуле. Технология поможет в разработке устройств памяти с большей емкостью, а также еще на один шаг приблизит исследователей к созданию полноценного квантового компьютера из молекулярных материалов.

Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Molecules.

Существующие компьютерные процессоры практически достигли «потолка» своей производительности. Они работают с транзисторами — приборами для усиления и преобразования сигналов — минимально возможного размера. Поэтому, чтобы увеличить мощность процессоров будущего, специалисты обращаются к молекулярным материалам, которые могут находиться в одном из двух состояний, например, отличающихся числом неспаренных электронов у входящих в их состав атомов.

Эти состояния называют спиновым, и они чем-то похожи на двоичную систему кодирования информации при помощи «0» и «1». Опираясь на такую аналогию, ученые пришли к выводу, что за счет переключения между спиновыми состояниями при помощи некоторого внешнего воздействия можно в одной молекуле хранить один бит информации.

Однако для того, чтобы использовать переход между спиновыми состояниями, нужно научиться им управлять. В этом способны помочь комплексы металлов — соединения, в которых ионы металла помещены в «шубу», состоящую из органических молекул — лигандов. Воздействуя на органические лиганды, можно активировать «переключение» иона металла под влиянием внешних факторов (температуры, света и других), тем самым меняя и фиксируя его спиновое состояние.

Участник проекта, поддержанного грантом РНФ, научный сотрудник Игорь Никовский в процессе синтеза / ©Юлия Нелюбина

Ученые из Института элементоорганических соединений имени А. Н. Несмеянова (Москва) предложили новый способ соединения комплексов металлов в периодическую металлорганическую решетку, при котором отрыв электрона от иона металла происходит одновременно с отрывом протона от органического лиганда. Это позволило ученым впервые создать такую решетку, в которой роль «узлов» выполняют комплексы металлов, способные обратимо менять спиновое состояние под действием температуры.

Руководитель и участник проекта, поддержанного грантом РНФ, Юлия Нелюбина и Игорь Никовский, в ходе обсуждения результатов эксперимента на рабочем месте / ©Юлия Нелюбина

Для этого авторы придумали новый синтетический подход по принципу «смешал и забыл» при использовании ионов серебра в качестве «клея», соединяющего «узлы» между собой. Спиновым переходом в таких металлорганических решетках в дальнейшем можно будет управлять, изменяя структуру молекулярных комплексов металлов и способ их соединения между собой.

«Мы предложили новый принцип конструирования материалов с переключаемыми магнитными свойствами, которыми можно управлять. Подобные комплексы могут использоваться для хранения информации на носителях нового поколения. Потенциально каждая молекула такого соединения способна хранить один бит информации, что в перспективе может привести к появлению устройств хранения информации с практически неограниченной емкостью», — подытожила руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Юлия Нелюбина, доктор химических наук, заведующая лабораторией «Центр исследования строения молекул» Института элементоорганических соединений имени А. Н. Несмеянова.