Наноразмерные материалы на основе металло- и элементоорганических, координационных соединений и полимеров: синтез, строение, физико-химические свойства и применение в катализе, медицине, молекулярной электронике, фотонике, спинтронике

Без развития химии металло- и элементоорганических, координационных соединений и полимеров в современных условиях невозможно представить обеспечение конкурентных преимуществ национальной экономики и потребностей национальной обороны, ликвидацию зависимости от импортных поставок материалов и технологий, создание стратегических материалов, обеспечение технологической и энергетической безопасности, развитие энергосберегающих технологий, гарантированного снабжения населения высококачественными и доступными лекарственными препаратами и продовольствием, обеспечение экономического роста - мер, способствующих повышению качества жизни российских граждан и стабильного функционирования экономики государства. Спинтроника – одно из наиболее перспективных направлений в современной микроэлектронике, в основе которого лежит воздействие на электронные свойства материи внешним магнитным полем. В отличие от классической электроники носителем информации в спинтронных устройствах является не электрический ток, а ток спинов. Среди наиболее распространенных приложений спинтроники находится эффект гигантского магнитного сопротивления в гетероструктурах со слоями порядка нанометра, который используется для считывания и записи информации в большинстве современных компьютеров. Другие приложения спинтроники связаны с созданием сверхчувствительных сенсоров магнитного поля, ячеек энергонезависимой магниторезистивной оперативной памяти, а также элементов квантовых компьютеров, использование которых в будущем должно привести к революции в вычислительной технике. Несмотря на то, что все современные спинтронные устройства построены из неорганических материалов, в последнее время интенсивно развивается принципиально другой подход, заключающийся в использовании в качестве структурных единиц изолированных молекул, обладающих магнитными свойствами. Как правило, речь идет о «молекулярных магнетиках», молекулы которых содержат один или несколько неспаренных электронов. Такие соединения могут быть получены при помощи воспроизводимых синтетических подходов, обеспечивающих идентичность всех синтезированных молекул, а их магнитные свойства можно контролировать посредством направленного молекулярного дизайна. Использование молекулярных магнетиков в составе гибридных спинтронных устройств позволяет варьировать в широких пределах спин-зависимые электронно-транспортные свойства интерфейсов на границах между слоями разной природы. Для управления спиновым током в подобных устройствах молекулярной спинтроники в качестве их молекулярных компонент могут быть выбраны соединения, которые обладают магнитной бистабильностью, то есть способностью изменять свои магнитные свойства под действием внешних возмущений. Это определяет актуальность поиска новых молекулярных материалов, отличающихся такой бистабильностью, и создания на их основе гибридных спинтронных устройств. Решение данной научной проблемы может привести к прогрессу в области вычислительной техники, который по своим масштабам сравним с прорывом, обусловленным созданием твердотельных полупроводниковых устройств. При создании радиофармпрепаратов, обеспечивающих диагностическое и терапевтическое действие радионуклидов, абсолютно необходимы химические соединения, способные удерживать радиоактивные изотопы в связанном виде. В связи с развитием технологий выделения радиоактивных соединений и появлением новых методов и инструментов использования радиоактивных металлов в медицине, актуальной проблемой становится получение необходимых комплексонов. Актуальной задачей является создание бифункциональных соединений, способных связывать радионуклид и имеющих функциональную группу для ковалентного связывания с транспортными биомолекулами. Комплексоны должны обеспечивать термодинамическую стабильность комплексов и их кинетическую инертность. Введение комплексонов в биомолекулы не должно влиять на их функциональность. Высокие требования к комплексонам приводят к тому, что их круг весьма ограничен и поэтому разработка новых комплексонов является актуальной научной задачей. Важным направлением в медицине становится тераностика, позволяющая одновременно решить терапевтические и диагностические проблемы путём объединения в одном препарате средства диагностики и терапевтического агента. Одним из актуальных направлений в тераностике является оптическая тераностика, в которой диагностика базируется на использовании люминесцирующих соединений. Важной и нерешенной задачей является объединение в одной молекуле люминесцирующих фрагментов для диагностики и фрагментов, используемых для проведения фототерапии. Целью данного научного исследования является генерация фундаментальных знаний, направленных на получение, исследование строения и физико-химических свойств наноразмерных материалов на основе металло- и элементоорганических, координационных соединений и полимеров для создания материалов для фотоники, молекулярной электроники и спинтроники, применения в катализе и медицине.