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 26-73-00337
НазваниеЦвиттер-ионные радикалы 1,2,5-халькогенадиазолов: синтез, структура и свойства
Руководитель Радюш Екатерина Алексеевна, Кандидат химических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Новосибирский институт органической химии им. Н.Н. Ворожцова Сибирского отделения Российской академии наук , Новосибирская обл
Конкурс №131 - Конкурс 2026 года на получение грантов РНФ по мероприятию «Проведение инициативных исследований молодыми учеными»
Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-101 - Синтез, строение и реакционная способность органических соединений
Ключевые слова Гетероциклы, 1,2,5-халькогенадиазолы, синтез, рентгеноструктурный анализ, окислительно-восстановительные свойства, молекулярная структура, электронная структура, стабильные радикалы, обменное взаимодействие, цвиттер-ионы
Код ГРНТИ31.21.27
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Создание новых энергоэффективных технологий на основе молекулярных магнитных материалов, таких как хранение и передача данных, спинтроника, требует поиска новых парамагнетиков с управляемыми функциональными свойствами, например, заданными характером и величиной магнитного обмена в спиновых системах и оптимальной рабочей температурой. При этом в отличие от традиционных магнитных материалов на основе металлов, их оксидов и керамиках, молекулярные магнитные материалы способны комбинировать парамагнетизм с другими привлекательными свойствами, такими как оптическая прозрачность, оптические спектры, термо- и сольватохромизм, низкую плотность, а также большим разнообразием молекулярных и кристаллических структур и возможностью тонкой настройки свойств благодаря химическим трансформациям. Однако, молекулярные магнетики характеризуются низкой плотностью спинов и слабыми обменными взаимодействиями в спиновых системах. Кроме того, традиционные спинтронные материалы на основе переходных металлов и полупроводников ограничены джоулевыми потерями при токовой поляризации спина и суперпарамагнитным пределом масштабирования. Молекулярная спинтроника устраняет эти физические барьеры, предлагая спиновую логику без термических потерь, но сталкивается с химическими проблемами стабильности органических радикалов и качества контакта молекула-электрод. Таким образом поиск новых молекулярных парамагнетиков для применения в органическом материаловедении является актуальной задачей.
1,2,5-Халькогенадиазолы (S, Se, Te) известны как сильные акцепторы электронов, образующие термодинамически стабильные долгоживущие анион-радикалы. Ранее была получена и исследована серия термически стабильных анион-радикальных солей халькогенадиазолов. Однако при таком подходе в составе соли присутствует внешний катион, как правило достаточно объемный, который занимает определенные позиции в кристаллической решетке, в основном определяемые нековалентными (как правило электростатическими) взаимодействиями, разбавляет спиновую плотность и ослабляет обменное взаимодействие. Проект предлагает новый принцип построения парамагнитной частицы на основе халькогенадиазолов с ковалентным связыванием анион-радикала и катиона в электронейтральную молекулу – цвиттер-ионный радикал.
Такая цвиттер-ионная архитектура должна приводить к иной компактной кристаллической упаковке, в которой положение катионной части будет ограничено за счет ковалентного связывания с анион-радикалом, благодаря чему будет уменьшено диамагнитное разбавление, а радикальные фрагменты будут эффективнее взаимодействовать друг с другом. Объектами исследования станут производные 1,2,5-халькогенадиазолов с аммонийными, амидиниевыми и гуанидиниевыми катионными группами. Будут разработаны новые синтетические подходы к получению нейтральных предшественников и цвиттер-ионных радикалов, проведен рентгеноструктурный анализ, цикловольтамперометрия для изучения окислительно-восстановительных свойств нейтральных предшественников, SQUID-магнитометрия парамагнитных соединений для определения магнитных свойств, DFT-расчеты электронной и магнитной структуры.
Результатом станет синтез ранее неизвестных цвиттер-ионных радикалов, установление корреляции "структура – магнитные свойства " и формулировка принципов дизайна новых парамагнетиков, привлекательных для создания новых молекулярных магнитных материалов.
Ожидаемые результаты
Ожидаемые результаты включают разработку методов синтеза ранее неизвестных производных 1,2,5-халькогенадиазолов с катионным фрагментом и их цвиттер-ионных радикальных форм, установление их молекулярной и кристаллической структуры методом рентгеноструктурного анализа, экспериментальное определение параметров магнитного обменного взаимодействия с помощью SQUID-магнитометрии и интерпретацию полученных экспериментальных данных на основе квантово-химических расчетов.
Эти результаты будут иметь важное значение как для синтетической гетероциклической химии и химии свободных радикалов, так и для физической химии, поскольку впервые экспериментально подтвердят возможность получения принципиально нового класса органических парамагнетиков – цвиттер-ионных радикалов на основе халькогенадиазолов, и позволят охарактеризовать их магнитные свойства.
С практической точки зрения результаты проекта важны для понимания фундаментальных основ создания новых молекулярных магнитных материалов для энергоэффективной микроэлектроники и спинтроники следующего поколения на основе спиновой логики без электрического тока, включая спиновые логические вентили и устройства памяти с минимальным энергопотреблением. Полученные цвиттер-ионные радикалы могут стать прототипами активных элементов устройств молекулярной органической электроники и спинтроники.
Разработанные подходы послужат основой как для новых фундаментальных научных проектов по химии и физике молекулярных парамагнетиков, опирающихся на полученный опыт дизайна и синтеза конкретных соединения и интерпретации их магнитной структуры, так и для прикладных разработок материалов для высокопроизводительной микроэлектроники, обеспечивающих технологический суверенитет в стратегически важной области.