Исследователи из России предложили новый метод анализа, позволяющий быстро искать соединения со спиновыми переходами. Такие материалы находят применение в создании дисплеев и сенсоров. Исследование опубликовано в журнале Inorganic Chemistry.

«Применение нашего метода позволяет за короткое время провести анализ большого массива информации о комплексах металлов, образованных различными органическими соединениями и их комбинациями. Это позволяет существенно ускорить поиск новых соединений со спиновыми переходами, которые могут стать основой молекулярных дисплеев, сенсоров или логических элементов», — рассказывает один из авторов работы, ведущий научный сотрудник Института элементоорганических соединений имени А. Н. Несмеянова РАН Валентин Новиков.

Важная особенность существующих комплексов переходных металлов с органическими лигандами — изменение спиновых состояний электронов внутри них. Среди веществ с таким свойством больше всего распространены железо и кобальт. Изменять спиновое состояние можно, применяя внешние воздействия — свет, температуру и давление. Это позволяет контролируемо настраивать физические характеристики вещества, например цвет. Кроме применения в дисплеях и сенсорах, материалы с такими свойствами можно использовать для создания устройств со сверхбыстрой обработкой информации.

Поддержанные Президентской программой исследовательских проектов Российского научного фонда исследователи нашли способ быстро определять спиновое состояние ионов металла, используя довольно популярный метод спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Он основан на изучении взаимодействия вещества с электромагнитным полем. Предложенный ранее подход заключается в добавлении изучаемого соединения в какой-либо растворитель и анализе системы с помощью ЯМР. При добавлении другой молекулы магнитные характеристики растворителя меняются, что и фиксируют исследователи. Эти изменения зависят от концентрации вещества и количества в нем неспаренных электронов.

Однако, несмотря на простоту, у этого метода есть несколько серьезных недостатков. Во-первых, исследователям необходимо знать точную концентрацию изучаемого соединения, а во-вторых, при таком подходе невозможно анализировать смеси разных соединений. Новый метод, описанный в новой статье, позволяет избавиться от этих проблем: он отличается тем, что с помощью ЯМР-спектроскопии исследуется само вещество. Задача в таком случае усложняется наличием большого числа сигналов. Но за счет этого можно получить много информации о целевом веществе. Чтобы проверить метод на практике, исследователи провели анализ растворов комплексов кобальта. ЯМР-спектроскопия позволила исследователям определить спиновое состояние ионов металла. В результате они обнаружили, что в некоторых из соединений кобальта с органическими лигандами спиновое состояние изменяется под влиянием температуры. В результате авторы показали, что с помощью спектроскопии ЯМР можно легко и быстро определять спиновое состояние ионов металла сразу в нескольких соединениях без необходимости определять точную концентрацию изучаемого вещества.