- Статьи
- Наука и техника
- Постичь пределы: флешки с молекулу помогут хранить недосягаемые объемы памяти
Постичь пределы: флешки с молекулу помогут хранить недосягаемые объемы памяти
Ученые впервые смогли синтезировать особые комплексы редкоземельных металлов, которые остаются стабильными на воздухе и в присутствии влаги, а также при нагревании. Часть из них проявляет свойства молекулярных магнитов, в которых носителем информации может быть всего одна молекула. Потенциально они могут лечь в основу новых носителей информации с недоступным на сегодняшний день объемом памяти. Это в свою очередь позволяет вывести на новый уровень миниатюризацию электронных устройств, а также позволит создать новые функциональные материалы и сенсоры. Подробнее о технологии — в материале «Известий».
Что такое молекулярные магниты
Современные носители информации и устройства памяти практически достигли возможного предела миниатюризации, поэтому, чтобы компактно хранить большие объемы данных, нужны принципиально новые технологии и материалы. В частности, перспективными считаются мономолекулярные магниты — в них носителем информации служит всего одна молекула. Благодаря этому они позволят записывать, хранить и обрабатывать данные с недоступной другим технологиям плотностью и скоростью. Однако молекулярные магниты пока не используются на практике из-за низкой стабильности: большинство из них сохраняют свою структуру и свойства только при экстремально низких температурах и разрушаются под воздействием воздуха и влаги.
Исследователи из Института элементоорганических соединений имени А.Н. Несмеянова РАН (Москва) и Института металлоорганической химии им. Г.А. Разуваева РАН (Нижний Новгород) с коллегами синтезировали стабильные металлорганические комплексы редкоземельных металлов, часть из которых продемонстрировала свойства молекулярных магнитов в приложенном магнитном поле.
Новые соединения имеют сэндвич-структуру: ион металла (иттрия или лантаноидов тербия, диспрозия, гольмия и эрбия) в них заключен между двумя параллельно расположенными плоскими лигандами — фрагментами органических молекул. Эксперименты показали, что такие комплексы устойчивы к воздействию воздуха и влаги, а также способны выдерживать возгонку в вакууме (переход в газообразное состояние). Благодаря этим свойствам их можно применять для создания новых функциональных материалов, композитов и пленок.
Исследование магнитных свойств полученных комплексов показало, что формального выполнения геометрических требований, таких как аксиальное строение с параллельным расположением лигандов в координационной сфере ионов металлов, недостаточно для возникновения свойств истинных молекулярных магнитов. Комплексы тербия, диспрозия и эрбия проявляют эти свойства только в приложенном магнитном поле. Полученные результаты вносят большой вклад в понимание того, как природа лигандов и электронная структура подобных молекул влияют на их магнетизм, что важно для дизайна эффективных молекулярных магнитов.
— В дальнейшем мы планируем расширить ряд металлоорганических соединений лантаноидов данного класса и исследовать факторы, влияющие на их магнитные свойства и стабильность. Отдельно необходимо отметить, что при переходе от фундаментальных исследований к практическому использованию важно учитывать антиоксидантную, гидролитическую и термическую стабильность разрабатываемых материалов, — рассказал участник проекта, кандидат химических наук, старший научный сотрудник, заместитель завлабораторией металлокомплексного катализа Института металлоорганической химии им. Г.А. Разуваева РАН Дмитрий Любов.
Миниатюризация электроники
Высокая плотность записи информации, присущая молекулярным магнитам, позволяет вывести на новый уровень миниатюризацию электронных устройств, что можно назвать одним из ключевых критериев развития наноэлектроники, рассказал «Известиям» кандидат химических наук, доцент Научно-образовательного центра инфохимии ИТМО Антон Муравьев. По его словам, полученные показатели температурной и окислительной устойчивости особенно ценны, поскольку именно эти параметры чаще всего ограничивают широкое применение молекулярных магнитов при создании функциональных материалов.
Участники исследовательского коллектива. Слева направо: Илья Ермолин, Александр Трифонов, Дмитрий Любов
— Высокая температурная и окислительная устойчивость комплексов эрбия, диспрозия и тербия (до 290 °C) наряду с демонстрацией свойств молекулярных магнитов привлекает несомненный интерес с точки зрения использования данных материалов в качестве устройств записи, хранения и передачи информации в экстремальных температурных условиях и при высоком уровне влажности, — сказал эксперт.
Данное исследование крайне важно, поскольку впервые получены стабильные в воздушной среде металлоорганические соединения редкоземельных металлов, что открывает путь к их практическому применению, подчеркнул доцент кафедры физического материаловедения НИТУ МИСИС Михаил Горшенков. Особенно перспективным выглядит открытие магнитных свойств у некоторых комплексов, что может стать основой для создания носителей информации сверхвысокой плотности, сказал специалист. Использование отдельных молекул в качестве ячеек памяти позволит создать устройства хранения данных с невероятной плотностью записи, на порядки превосходящей современные жесткие диски и флеш-память.
— Кроме этого, молекулярные магниты на основе редкоземельных элементов могут рассматриваться перспективными кандидатами для создания кубитов — базовых элементов квантовых компьютеров. Их стабильность при комнатной температуре — критически важный шаг в этом направлении. Еще одно применение — создание функциональных материалов и сенсоров. Эти устойчивые комплексы можно использовать для напыления тонких пленок или создания композитов с заданными магнитными свойствами. Такие материалы могут найти применение в пинтронике, микроэлектронике и в качестве высокочувствительных магнитных сенсоров, — сказал ученый.
В исследовании принимали участие сотрудники Института физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН (Москва), Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова (Москва), Университета Монпелье (Франция) и Маастрихтского университета (Нидерланды).
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Inorganic Chemistry Frontiers.
