Учёные из Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии РАН совместно с коллегами разработали необычный комплекс на основе меди и органического соединения спиропирана. Этот материал обладает уникальными свойствами: он реагирует на свет, изменяя свои характеристики, а также ведёт себя как настоящий молекулярный магнит при очень низких температурах — от -273 до -267 градусов Цельсия. Об этом «Жуковский.Life» рассказали в пресс-службе РАН.
Эксперимент показал, что при охлаждении новый материал способен сохранять намагниченность даже после отключения внешнего магнитного поля. Такое явление открывает возможности использовать его для создания новых оптических сенсоров и устройств, которыми можно управлять при помощи света.
По словам руководителя проекта Дмитрия Конарева, подобные материалы могут лечь в основу миниатюрных запоминающих устройств со сверхплотной записью, которые будут управляться не электрическим током, а световыми сигналами. Это позволяет передавать информацию быстрее и эффективнее, чем с помощью традиционных методов, ускоряя работу электронных компонентов.
В современной электронике востребованы соединения, чьи свойства — оптические и магнитные — можно быстро и точно менять. Особенно интересны спиропираны, молекулы которых меняют структуру и цвет при воздействии света. В темноте такие вещества выглядят бесцветными, а попадание ультрафиолетового света (длина волны 366 нанометров) заставляет их становиться тёмно-фиолетовыми. Эти изменения связаны со специфической «раскрывающейся» структурой молекулы. Введение в такие органические соединения атомов металлов добавляет им магнитные свойства, что открывает дорогу к созданию новых электронных устройств, способных работать на свету.
Исследовательская группа синтезировала соединение, в котором молекула спиропирана объединена с ионом меди. Для получения нового вещества медьсодержащее соединение смешивали со спиропираном в растворителе, после чего добавляли к смеси гексан — так на стенках пробирки образовывались кристаллы нового материала.
Магнитные свойства кристаллов изучали в широком диапазоне температур: от минус 272,5 до плюс 27 градусов. Для этого образцы помещали во внешнее магнитное поле, а также оказывали влияние переменным магнитным полем с различной частотой. Было обнаружено, что в диапазоне минус 271–267 градусов новый комплекс проявляет «медленную магнитную релаксацию» — то есть, сохраняет магнитизацию в течение нескольких миллисекунд после отключения магнитного воздействия. Такое поведение для меди необычно, и учёным удалось получить нужный эффект благодаря особому окружению атома меди в молекуле.
При этом материал не утратил светочувствительных свойств — его можно переключать между различными состояниями с помощью света, что даёт возможность управлять его магнитными характеристиками дистанционно. Ранее команда разрабатывала подобные комплексы на основе других металлов, но медь — металл более доступный и дешёвый. К тому же для медных соединений подтверждены эффекты квантовой когерентности, которые открывают перспективы в сфере квантовых технологий: это значит, что молекулы могут находиться в «суперпозиции» и быть связанными друг с другом даже на расстоянии.
В дальнейшем исследователи планируют испытать, как переключение между открытой и закрытой формами в твёрдом состоянии влияет на магнитные характеристики меди. Эта работа закладывает фундамент для разработки новых материалов, управляемых светом, для сенсоров, элементов памяти и квантовых устройств.
Натриевые каналы пропускают лишь натриевые ионы. Роль натриевых каналов в физиологии огромна — они обеспечивают проведение электрических сигналов в нервной системе и мышцах.