Abstract: История молекулярных наномагнитов (МНМ) начинается с 1993 года, когда впервые было обнаружено, что высокоспиновые молекулы переходных металлов способны сохранять намагниченность в отсутствие внешнего поля [1]. В отличие от обычных ферромагнетиков, для которых намагниченность – это результат фазового перехода, приводящего к упорядочению спинов на уровне доменов, содержащих тысячи атомов, для МНМ она является свойством самой молекулы. Такие материалы могут быть использованы для хранения информации на молекулярном уровне, что обеспечит гораздо большую плотность записи и беспрецедентную скорость обработки больших массивов данных, причем квантовые свойства таких систем уже сейчас тестируются в прототипах элементов спинтроники и в квантовом компьютере. Магнитная бистабильность в МНМ связана с внутримолекулярной магнитной анизотропией, приводящей к возникновению барьера Ueff, разделяющего состояния с проекциями спина: Ms= -S и Ms = +S. Характерное для 4f-элементов сочетание высоких значений спина и размороженного орбитального момента при сильном спин-орбитальном взаимодействии способно обеспечить высокие Ueff при подходящей симметрии поля лигандов Ln3+. Резко возросший интерес к комплексам Ln, привел к получению металлоценового комплекса [Cp’Cp”Dy]B(C6F5)4, имеющему рекордные параметры Tb=80 K и Ueff=1541 cm–1 [2]. Из литературных данных следует, что основные усилия целесообразно направить на дизайн комплексов Dy и Tb с высокой аксиальностью координационной сферы [3]. Наряду с этим, оказалось эффективным использование парамагнитных лигандов, поскольку диффузные спиновые орбитали радикала взаимодействуют с экранированными 4f-орбиталями, что иллюстрирует комплекс [(Cp2Tb)2μN2⋅]+, с мостиковым радикалом N2⋅3−, отличается рекордной величиной взаимодействия Ln-радикал (J=-23 см-1) и гигантской коэрцетивностью [4]. Однако подобные лантанидно-ценовые комплексы неустойчивы, что делает их непригодными в качестве квантовых магнитных материалов. Поэтому, в нашей работе мы сосредоточили внимание на дизайне устойчивых комплексов Ln3+ с триподальным нитроксильным радикалом, Рис.1. Для направленного дизайна координационной сферы Ln3+, оптимального состава и геометрии, приходится учитывать целый комплекс факторов. Стереохимическая жесткость и предсказуемый способ координации являются основными, но не единственными требованиями к парамагнитным лигандам. [1] R. Sessoli, D. Gatteschi, A. Caneschi, M. A. Novak, Nature , 1993, 365, 141. [2] J. D. Rinehart, M. Fang, W. J. Evans, J. R. Long, J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 14236. [3] A. V. Pavlischuk, V. V. Pavlischuk, Theor. Exp. Chem., 2021, 57, 3, 163–190. [4] S. Demir, M.I. Gonzalez, L.E. Darago, W.J. Evans, J.R. Long, Nat. Commun., 2017, 8, 2144.

Cite: Вострикова К.Э.
Направленный дизайн лантанидных комплексов нитроксильных радикалов - перспективных молекулярных наномагнитов
VI Школа-конференция молодых учёных «Неорганические соединения и функциональные материалы» ICFM-2022 27-30 сент. 2022