Разработка и исследование новых магнитоактивных, фоточувствительных, проводящих соединений, нано- и микроструктур спиновой электроники и материалов на их основе

В проекте планируется проведение актуальных поисковых научных исследований в области создания новых материалов и способов их конструирования, включая разработку и развитие новых физико-химических подходов к созданию различных типов материалов для молекулярной электроники и спинтроники, в том числе полифункциональных материалов, сочетающих проводимость и магнетизм, мономолекулярных и моноионных магнитов для перехода к передовым цифровым, интеллектуальным производственным технологиям, роботизированным системам, создание систем обработки больших объемов данных, машинного обучения и искусственного интеллекта в интересах повышения независимости и конкурентоспособности РФ в мире. Цель научного исследования – создание новых материалов с заданными свойствами: магнитными, оптическими, проводящими и полифункциональными сочетающими электрическую проводимость со спин-кроссовер-переходом и мономолекулярным магнетизмом. Изучение особенностей электронного, молекулярного и кристаллического строения новых практически значимых соединений, в том числе природных минералов, создание и изучение фото - и магнитнопереключаемых систем, разработка методологии измерений магнитных параметров высокоспиновых комплексов переходных металлов, создание обменно - смещенных планарных гетероструктур для разработки бесконтактных микроволновых сенсоров магнитного поля, используемых в биологии, установление оптимальных параметрических режимов работы молекулярных переключателей на основе кластеров смешанной валентности и разработка методики теоретического описания магнитокалорического эффекта в обменных кластерах. Одним из актуальных направлений является поиск и теоретический дизайн оптимальных молекулярных переключаемых систем различного типа. Молекулярные переключаемые системы, в том числе мономолекулярные магниты и соединения, демонстрирующие спин-кроссовер или валентную таутомерию, привлекают научный и практический интерес, поскольку потенциально являются источником новых фундаментально значимых явлений и различных применений в качестве сенсоров, датчиков, молекулярных устройств обработки и записи информации и т.д. Особый интерес представляют возможности спинового кроссовера переключаться под действием фемтосекундных лазерных импульсов, что позволяет реализовать полностью оптическую схему магнитной записи и считывания информации. Другим актуальным направление, относящимся к области современного молекулярного магнетизма, является развитие теоретического подхода к описанию магнитокалорического эффекта в обменных кластерах и перспектива его применения для достижения сверхнизких температур. Материалы, сочетающие проводимость и магнетизм, могут стать основой для развития молекулярной спинтроники. На сегодняшний день число таких систем весьма ограничено и в этом направлении ведутся активные исследования. Фундаментальная значимость и неослабевающий научный интерес к металл - углеродным нанокомпозитам определяется тем, что при переходе от микро - к наночастицам из-за квантового размерного эффекта происходит качественное изменение их физических свойств. Особый интерес представляют магнитные свойства нанокомпозитов с защищенными ансамблями атомов металла внутри углеродных, изолированных друг от друга матриц. Квазидвумерные органические металлы вызывают повышенный интерес исследователей, обусловленный, изобилием экзотических квантовых состояний электронной системы при низких температурах. В частности в них реализованы состояния дипольной жидкости, спиновой жидкости и спинового стекла, формирования ферромагнитных поляронов и, как следствие, слабого ферромагнетизма. Другим актуальным направлением научных исследований является синтез координационных структур органических молекул, полимеров и металл - графеновых композитов, которые могут обладать перспективными магнитными и проводящими свойствами. Такие соединения в будущем могут найти применение в молекулярной электронике и спинтронике. Развитие технологий создания магниторезистивных микроволновых беспроводных сенсоров магнитного поля, основанных на планарных гетероструктурах с обменным смещением петли гистерезиса, является востребованным направлением исследований, как с фундаментальной, так и практической точки зрения. С целью разработки и совершенствования методологии получения новых типов соединений, обладающих практически значимыми (биологическая активность, фотохромизм, энергоемкость и др.) свойствами, и изучения механизмов реакций их получения, ключевым моментом является получение информации о строении промежуточных и конечных продуктов этих реакций. Все планируемые исследования являются новыми и будут выполнены впервые в мире на высоком теоретическом и экспериментальном уровне.