09/03/2016 МТЦ СО РАН

Ученые о результатах и перспективах исследований в области спиновых переходов

641 СО РАН МТЦ СО РАН Сотрудничество Химия Физика Новосибирск ​Новые материалы, которые изучаются и синтезируются в лаборатории многоспиновых координационных соединений Международного томографического центра СО РАН, могут не только дышать, но и менять свою окраску под влиянием различных факторов, и даже прыгать. 

Результаты и перспективы исследований в области спиновых переходов специалисты обсудили на совместном британско-российском научном кафе «Магнетохимия». По словам научного руководителя МТЦ СО РАН академика Ренада Зиннуровича Сагдеева, такой формат мероприятий достаточно необычен для новосибирского Академгородка. В качестве приглашенных докладчиков выступили профессор Малколм Холкроу из Университета Лидса (Великобритания) и директор Международного томографического центра СО РАН член-корреспондент РАН Виктор Иванович Овчаренко.   Надо отметить, что официальное сотрудничество между лабораториями обеих организаций уже активно ведется в течение года: действует совместный проект, с российской стороны поддерживаемый РФФИ, а с британской — Лондонским королевским обществом. Впрочем, как говорит Виктор Овчаренко, с профессором Холкроу сибирские исследователи знакомы гораздо дольше. «Малколм был редактором самой современной книги по спиновым переходам, пригласив в качестве авторов ведущих ученых, рассказавших о последних мировых достижениях в этой области. Одна из глав написана нами, — говорит руководитель МТЦ СО РАН. — Наше научное сообщество думает о том, чтобы просить профессора Холкроу сделать  издание  периодическим — раз в несколько лет, ведь направление развивается очень быстро».

Сам гость из Великобритании комментирует: «И мы, и российские коллеги изучаем спиновые переходы с использованием схожих методик, и свойства, которые проявляют соединения, могут быть использованы для одних и тех же приложений». По словам профессора Холкроу, одна из основных целей исследований — способствовать созданию рабочих элементов для квантовых компьютеров. «Для реализации этого требуется использовать спин электрона в качестве  носителя информации, — объясняет ученый. — И нам необходимо знать, как можно влиять на электрон и манипулировать им, как измерять электронный спин, чтобы считывать информацию».    Впрочем, создание и изучение новых материалов, построенных на принципах спиновой химии, имеет и другие точки приложения. Виктор Овчаренко рассказал о соединениях, полученных в МТЦ СО РАН и меняющих окраску при понижении температуры. «Обычно вещества в таких условиях становятся более бледными, но с нашими объектами все получается ровно наоборот, их цвет углубляется. Органические парамагнитные центры подходят к металлу, появляется мощная полоса переноса заряда и интенсивное  поглощение в видимой области, — комментирует специалист. — Это особенно важно для создания индикаторных устройств, работающих при низкой и очень низкой температуре. Например, мы можем пофантазировать и представить себе работу  космонавта вне орбитальной станции.

Если его перчатки, костюм, рабочие устройства покрыть соответствующими пленками, содержащими наши вещества, которые не разрушаются под действием радиации, то в этом случае человек будет в состоянии наблюдать, как меняется окраска и тем самым осуществлять контроль над ситуацией, уходя в случае необходимости в космический корабль. Кроме того, такие индикаторы не требуют специальных источников питания — это очень важно, ведь не нужно возить с собой батареи или использовать энергию, накопленную солнечными элементами».  Причем, как отмечает Виктор Овчаренко, подобные сенсоры могут применяться и в земных условиях — в Арктике или в северных частях страны.

  К работам специалистов МТЦ СО РАН проявляют интерес японские исследователи. В частности, ученых Страны восходящего солнца интересуют материалы, реагирующие на изменение давления и напряжение. «С одной стороны — это кристаллы, а с другой — они обладают определенной устойчивостью, эластичностью и восприимчивостью к внешнему воздействию, — комментирует Виктор Овчаренко. — Наши коллеги хотят использовать их в датчиках для предсказания землетрясений. Причем, для краткосрочных прогнозов, которые в настоящее время считаются наименее надежными». Руководитель МТЦ СО РАН отмечает, что сейчас в Японии в качестве приглашенного профессора уже 3 года работает победительница конкурса Л’Ореаль – ЮНЕСКО Ксения Марюнина. «Через два года она намерена вернуться, но там, в Институте материаловедения в Хиросиме, ее очень хотели бы оставить», — улыбается Виктор Иванович.   Что касается прыгающих кристаллов, то этот эффект обнаружен учеными МТЦ СО РАН не так давно. Тем не менее, уже известно, что эти соединения реагируют на облучение и температуру. «Если их оставить в обычных условиях, например, на столе, они будут самопроизвольно прыгать в течение двух-трех месяцев. А происходит это вот за счет чего: соединение разлагается, выделяя кислород, который накапливается внутри кристаллов. Постепенно в них нарастает напряжение, и эти маленькие резервуары взрываются. Если кристаллы поместить в холодильник, то двигаться они перестанут. Потом, через некоторое время, их можно достать — и эффект восстанавливается, — рассказывает Виктор Овчаренко. — Это интересно не только для фундаментальной науки с точки зрения процессов, происходящих в твердых телах. В определенном смысле, на основе полученных материалов можно будет создать новые сенсоры, реагирующие на излучение».   Екатерина Пустолякова