Компьютерное моделирование парамагнитных органических молекул с фотопереключаемыми спиновыми состояниями

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 22-23-01006

НазваниеКомпьютерное моделирование парамагнитных органических молекул с фотопереключаемыми спиновыми состояниями

Руководитель Стариков Андрей Георгиевич, Доктор химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" , Ростовская обл

Конкурс №64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-701 - Структура и свойства органических и гибридных функциональных материалов

Ключевые слова квантовая химия, теория функционала плотности, фотохимия, органические магнетики, спиновые переходы, механизм химической реакции, радикалы, обменные взаимодействия

Код ГРНТИ31.15.03

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В целях удовлетворения возрастающих потребностей общества необходимо непрерывное совершенствование характеристик электронных устройств посредством развития новых технологий, обеспечивающих их меньший размер и большую производительность. В настоящее время функционирование систем хранения и обработки данных основано на электронных схемах с двоичной (бинарной) логикой, изготовление которых требует материалов, обратимо переключающихся между различными магнитными и проводящими состояниями при помощи внешних воздействий. Использование бистабильных парамагнитных молекул представляет собой один из подходов к решению проблемы миниатюризации устройств электроники. Перспективными кандидатами при разработке молекулярных переключателей являются органические ди- и полирадикалы. Настоящий проект посвящен поиску новых подходов к направленному дизайну полифункциональных материалов – структурных единиц будущих поколений электронных устройств, посредством многомасштабного компьютерного моделирования парамагнитных органических соединений, способных к переключению спиновых состояний в результате внешних воздействий. Такие молекулы могут быть задействованы в процессах спин-коммутации, спин-фильтрации и использованы для хранения данных благодаря возможности манипулирования спином и его считывания на наноуровне. Магнитные материалы на основе органических соединений, в отличие от традиционно рассматриваемых в этом качестве комплексов металлов с незаполненной электронной оболочкой, обладают низкой плотностью, пластичностью и биосовместимостью. Сравнительно легко поддающиеся химической модификации высокоспиновые органические молекулы являются перспективными строительными блоками устройств, в которых электронные спины служат носителями информации – квантовыми битами (кубитами). Успешная разработка таких соединений позволит приблизить создание нового поколения вычислительных систем – квантовых компьютеров, оперирующих при обычных температурах. Объектами планируемого теоретического исследования станут би- и полистабильные органические молекулы, модифицированные парамагнитными заместителями. При помощи квантово-химических расчётов будет изучено влияние природы центральных фрагментов и радикалов на способность к переключению спиновых состояний целевых соединений в результате облучения светом. Будут установлены механизмы перегруппировок, происходящих с изменением спина, изучены внутри- и межмолекулярные обменные взаимодействия. В качестве фотоактивного компонента планируется использовать производные стильбенов, гелиценов и других изомеризующихся молекул; парамагнитные группы будут представлены полициклическими соединениями, редокс-активными группами, а также стабильными радикалами нитроксильного и других рядов. Ожидается, что предложенные в результате выполнения проекта органические магнитно-активные соединения послужат основой нового класса материалов для устройств хранения и обработки данных.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Стариков А.Г., Чегерев М.Г., Старикова А.А., Минкин В.И. Computational search for radical-bearing stilbene derivatives with switchable magnetic properties Russian Chemical Bulletin, Vol. 71, No. 7, pp. 1369-1377. (год публикации - 2022)
10.1007/s11172-022-3542-y

2. Стариков А.Г., Чегерев М.Г., Старикова А.А. Electronic structure and magnetic properties of the isomers of bis-phenalenyl stilbene derivatives: a quantum chemical study Journal of Structural Chemistry (год публикации - 2023)

3. Стариков А.Г., Чегерев М.Г., Старикова А.А. A DFT study of electronic structure, magnetic properties and cyclization reaction of [5]helicene derivatives Computational and Theoretical Chemistry, 2023, том. 1230, стр., 114369 (год публикации - 2023)
10.1016/j.comptc.2023.114369

4. Старикова А.А., Чегерев М.Г., Стариков А.Г. Phenalenyl-Substituted Stilbenes as the Basis for Spin Switches: Quantum-Chemical Modeling Russian Journal of General Chemistry, 2023, Vol. 93, N. 10, pp. 2534-2541 (год публикации - 2023)
10.1134/S1070363223100080

Публикации