Молекулярный магнетизм комплексов лантанидов на основе N-, O- и N,O-структурообразующих лигандов

Ионы ряда лантанидов обладают уникальным сочетанием высокого магнитного момента и магнитной анизотропии. В связи с этим актуальной проблемой современной координационной химии является развитие принципов конструирования магнитоактивных структур на основе ионов этих элементов. Публикации по данной проблеме регулярно появляются в журналах первого квартиля, с высоким импакт-фактором (Angewandte Chemie, JACS, Dalton Transactions и пр.). В настоящее время основной интерес в области магнетохимии соединений лантанидов сосредоточен на разработке стратегий улучшения качеств молекулярных магнитов (single-molecule magnets, SMM) на их основе. Актуальность рассматриваемой темы обусловлена потенциальными возможностями использования этих соединений в спинтронике, для создания устройств сверхплотного хранения информации, спиновых транзисторов и логических элементов квантовых компьютеров. Получение и исследование новых молекулярных систем с парамагнитными ионами РЗЭ актуально, поскольку это является фундаментальной научной базой для конструирования современных функциональных материалов. Фундаментальной целью Проекта является поиск новых эффективных подходов к направленному синтезу комплексов лантанидов, обладающих специфическими магнитными характеристиками, и комплексное изучение магнитного поведения полученных соединений. Для этого предполагается конструирование новых координационных соединений лантанидов с учетом соблюдения необходимых условий для проявления ими свойств молекулярных магнитов (SMM). Такими условиями являются бистабильность основного электронного состояния иона (т.е. принадлежность иона к числу так называемых крамерсовских ионов, содержащих нечетное число f-электронов) и наличие существенной магнитной анизотропии иона Ln3+. Кроме этого, предпочтительным свойством является также большая величина mJ основного состояния иона РЗЭ, что проявляется в существенном значении магнитного момента. Поэтому в дизайне потенциальных молекулярных магнитов наиболее интересны ионы тяжелых лантанидов (Tb3+-Yb3+). Наибольшее внимание предполагается уделить комплексам, содержащим крамерсовские ионы, а именно, производным Dy3+, Er3+ и Yb3+. Запланированы два основных направления поиска новых магнитоактивных комплексов РЗЭ: 1) использование координационных свойств ионов лантанидов для формирования моноядерных комплексов в присутствии полидентатных N-лигандов; 2) использование полидентатных карбоксилатных лигандов, а именно, хинальдината (2-хинолинкарбоксилата), N-оксида хинальдината и аниона трицина (N-(2-гидрокси-1,1-бис(гидроксиметил)этил)глицина), в качестве структурообразующих для формирования комплексов различной ядерности. Представляет также интерес возможность сборки цепочечных полимерных комплексов с использованием в качестве строительных блоков моноядерных лантанидсодержащих фрагментов и гексацианокобальтат-анионов [Co(CN)6]3-. Для выполнения запланированных в Проекте исследований предполагается применение соответствующих современных инструментальных техник и методов: ИК-спектроскопии, РСА и РФА, элементного анализа, ЭПР-спектроскопии, методов измерения статической и динамической магнитной восприимчивости, термогравиметрии (ТГ) и дифференциальная сканирующая калориметрии (ДСК). Новизна запланированных исследований обусловлена оригинальностью подходов к синтезам новых соединений, что будет способствовать получению оригинальных магнитоактивных структур на основе ионов лантанидов. Таким образом, выполнение задач Проекта в перспективе позволит расширить спектр подобных соединений и провести комплексное магнитно-структурное исследование, что откроет возможности для улучшения магнитных свойств координационных соединений РЗЭ.