Возможность управлять магнитными свойствами отдельной молекулы волнует умы и сердца учёных последние несколько лет. Но с хаотичным тепловым движением молекулярных объектов бороться практически бесполезно. Ведь ни для кого не секрет, что существование молекул, устойчивых в двух конформациях да еще и характеризующихся при этом различными магнитными свойствами (magnetic bistability), возможно лишь при гелиевых температурах. С этими умозаключениями не согласились немецкие химики. Результаты исследований, выполненных группой профессора Райнера Хергеса (Rainer Herges) в университете города Киля (University of Kiel), опубликованы в статье «Magnetic Bistability of Molecules in Homogeneous Solution at Room Temperature», вышедшей в последнем номере журнала Science.
По своему строению плод труда учёных напоминает старинный патефон (рис. 1), однако диаметр устройства составляет всего 1,2 нм (рис. 2). В качестве основы (пластинки) выступает плоское порфириновое кольцо с ионом никеля в центре. Следует отметить, что в подобном окружении координационное число Ni2+ равно четырём, образующийся комплекс является низкоспиновым, а молекула проявляет диамагнитные свойства. Роль записывающей иглы выполняет атом азота в пиридиновом кольце, которое располагается точно над атомом никеля благодаря органической цепочке, состоящей из двух ароматических циклов и двойной связи N=N. Именно конформация последней определяет, в каком из двух возможных стабильных состояний будет находиться комплекс. При изомеризации данной связи из транс-состояния в цис- атом азота из пиридина оказывается в непосредственной близости от иона Ni2+ (~ 2,1 Ǻ) и входит в его координационную сферу. При этом координационное число никеля увеличивается до 5, комплекс становится высокоспиновым и приобретает парамагнитные свойства.
Вышеописанный переход из более стабильного транс-состояния происходит в результате облучения разбавленного раствора металлорганического комплекса зелёным светом с длинной волны 500 нм (рис. 3). При этом конформацию меняют порядка 70% процентов молекул. Облучение в фиолетовой области с длинной волны 435 нм инициирует обратный переход, после которого 97% молекул в растворе находятся в транс-форме. Авторы работы отмечают, что система ведёт себя воспроизводимо даже после 10000 циклов переключения при комнатной температуре (рис. 4). Термическая стабильность комплекса тоже оказывается на высоте – период полураспада цис-формы составляет более 27 часов при температуре 54°С.
По словам профессора Хергеса, подобные переключатели могут быть использованы для создания электромагнитных устройств хранения информации, а также в качестве контрастирующего агента в магнитно-резонансной томографии.
очень красиво!