Новые полифункциональные материалы для молекулярной электроники, спинтроники и фотоники

Теоретическое и экспериментальное исследование новых полифункциональных гетероструктур и металлокомплексных соединений для элементной базы молекулярной электроники и медицинской химии. Разработка и получение новых хромогенных систем, функционирующих на основе явления фотохромизма. Синтез бистабильных фотохромных гетероциклических молекулярных переключателей, исследование оптических и флуоресцентных свойств полифункциональных фото- и ионохромных хемосенсоров, гетероциклических ESIPT-реагентов и тест-систем на их основе, магнитоактивных металлокомплексных систем, люминофоров. Синтез и исследование биологически активных полифункциональных гетероциклических соединений, обладающих лечебно-диагностическими функциями. Теоретическое квантово-химическое моделирование структуры, спектральных и кинетических характеристик спироциклических и магнитоактивных соединений с целью оптимизации стратегии синтеза. Установление строения вновь синтезированных соединений и изучение их спектрально-люминесцентных, фотофизических и магнетохимических свойств, а также выявление закономерностей обуславливающих связь между молекулярной структурой и спектрально-кинетическими свойствами. Актуальность тематики обусловлена тем, что повышение эффективности систем обработки информации сопровождается миниатюризацией их компонентов. Существующая технология, основанная на неорганических материалах (полупроводниках, магнитных носителях и др.), изготавливаемых с помощью литографических процессов, приближается к пределу миниатюризации, составляющему несколько нанометров. Для дальнейшего увеличения производительности электронных устройств требуется не просто замена существующих материалов, приводящая к уменьшению размеров устройств, но и глубокое переосмысление их функциональности. В этой связи повышенный интерес представляют полистабильные молекулярные системы, особенно координационные соединения переходных металлов с магнитным откликом на внешние воздействия. Значительное внимание к изучению соединений этого типа вызвано также выявленным в последние годы их потенциалом для использования в квантовых компьютерах, так как применяемые в них алгоритмы позволяют на несколько порядков сократить время выполнения ряда важных задач центрального процессора благодаря хорошему распараллеливанию логических операций. Квантовые компьютеры способны решать такие сложнейшие задачи как декодирование стойких криптографических шифров. В этой связи, одним из приоритетных направлений ЮНЦ РАН является исследование би- и полистабильных фотохромных систем. Химическая модификация фотохромных соединений путем введения в их состав ионофорных групп открывает новые возможности получения фотоуправляемых ионохромных систем (хемосенсоров), у которых присоединение и высвобождение ионов управляется при помощи облучения светом. Полифункциональные фото- и ионохромные хемосенсоры применяются в биологии, медицинской диагностике, оценке состояния окружающей среды, а наличие флуоресцентных свойств придает им высокую чувствительность и универсальность. В рамках проекта планируется теоретическое и экспериментальное исследование новых методов синтеза соединений трополонового ряда, обладающих высокой антибактериальной и противораковой активностью. Новые фотоактивные соединения представляют интерес в плане создания устройств молекулярной электроники - молекулярных переключателей флуоресцентных и хемосенсорных свойств; полученные органические и металлокомплексные люминофоры, излучающие в фиолетовой области видимого спектра, могут быть использованы в OLED-технологиях; новые соединения 1,3-трополонового ряда могут быть использованы в разработке отечественных антибактериальных и противоопухолевых препаратов.