Синтез и магнетохимическое изучение нового поколения эластичных многоспиновых координационных полимеров

Молекулярные сенсоры, триггеры, актуаторы – одни из основных компонентов современных устройств, которыми стараются максимально насытить рабочие изделия, параллельно решая ещё и парадоксальную задачу их миниатюризации. Прогресс в этом направлении невозможен без введения магнитной регулировки и магнитного управления, т.е. низкого по энергии воздействия, в формальную схему источник сигнала–модулятор– приёмник сигнала–целевая функция, что позволяет избежать разрушения устройства вследствие его перегрева. Это обусловливает высочайшую актуальность разработки новых поколений магнитноактивных гибридных материалов, которую невозможно осуществить без междисциплинарной интеграции специалистов, работающих в области химии, молекулярной физики, материаловедения, физики полупроводников, микроэлектроники и информатики. Составной частью этих исследований призван стать настоящий проект, направленный на разработку методов конструирования "эластичных" многоспиновых координационных полимеров на основе соединений парамагнитных ионов переходных металлов и стабильных органических радикалов (нитроксилов, семихинолятов, вердазилов), экспериментальное и теоретическое изучение их функциональных свойств. В результате выполнения проекта планируется создать новое поколение многоспиновых координационных полимеров с регулируемой структурой, которые можно будет формировать из специальным образом подготовленных молекулярных блоков. При решении этой задачи будут разработаны оригинальные подходы к синтезу 3-х типов сложных многоспиновых соединений, содержащих: – магнитноактивный многоспиновый полимер с включенными диамагнитными молекулами “гостей” – спейсеров (заполнителей пространства), вариация электронного и пространственного строения которых станет инструментом управления магнитными свойствами многоспиновой фазы в целом; при этом сама молекула гостя может быть функциональным элементом (фото-, redox- или термочувствительным), что обеспечит полифункциональность конечному продукту; – диамагнитный n-мерный координационный полимер с включенными магнитноактивными молекулами “гостей”, характер взаимодействия между которыми будет определяться строением полимерного каркаса; кроме того, строение диамагнитного полимера будет предопределять динамику включённых молекул магнитноактивных “гостей”, т.е. выполнять функцию регулирующей оболочки; – магнитноактивный многоспиновый полимер с включенными магнитноактивными молекулами “гостей”, что заранее предопределит их магнетохимическую полифункциональность. Наряду с разработкой синтеза сложных, специальным образом сконструированных магнитноактивных координационных полимеров, важнейшей частью проекта станет разработка методик выращивания указанных многоспиновых соединений в виде монокристаллов и последующее детальное рентгеноструктурное исследование соединений в широком температурном диапазоне (30-350 K) при повторении циклов охлаждение-нагревание, позволяющее детально проследить структурную динамику, как обменных кластеров, так и диамагнитных структурных блоков. Построенное в данном 4-мерном пространстве рентгеновское кино, отражающее внутрифазную динамику процесса, будет соотнесено с магнитным поведением образца в температурном интервале 2-350 K. С помощью квантово-химических расчетов будут проанализированы механизмы обменного взаимодействия, характерные для различных фазовых областей, и выявлен характер эволюции обменного параметра при пересечении области фазового перехода. В результате выполнения проекта предполагается найти подходы к решению фундаментальной проблемы – созданию научных основ для разработки химических методов управляемого воздействия на температуру и характер структурного и сопряженного с ним магнитного фазового перехода в магнитноактивных многоспиновых координационных полимерах.