Лаборатория молекулярных магнитных наноматериалов

Научные результаты:

1. Синтезирован и детально исследован ряд новых моноионных магнитов на основе комплексов переходных и редкоземельных ионов с различными координационными окружениями, установлены магитоструктурные корреляции, экспериментально и теоретически изучены особенности магнитной анизотропии и спиновой релаксации в таких комплексах.

2. Выявлены основные электронные и вибронные механизмы ответственные за появление магнитоэлектрического эффекта в кластерах смешанной валентности (СВ) различных типов, развиты теоретические модели таких систем, разработаны критерии целенаправленного дизайна спин-переключаемых молекулярных магнитных систем и спиновых кубитов с управляемой внешним электрическим полем квантовой запутанностью.

3. Выяснена роль молекулярных колебаний и фононов в явлении спин-кроссовера в молекулярных кристаллах, а также установлен физический механизм возникновения многоступенчатых спиновых переходов в кристаллах на основе полиядерных металлокомплексов.

4. Получено несколько результатов, представляющих интерес для области рационального дизайна молекулярных квантово-клеточных автоматов (ККА)., в частности, доказано преимущество ККА на основе би-димерных квадратных ячеек по сравнению с тетрамерными ячейками, была высказана и подтверждена расчетами гипотеза о возможности расширения класса молекул, используемых в качестве ячеек за счет включения в него кластеров СВ с двойным обменом, а также кластеров с нарушенным пределом сильного кулоновского взаимодействия и сильным вибронным взаимодействием.

5. Решен ряд актуальных задач, относящихся к теории двойного обмена и вибронных взаимодействий в кластерах СВ, в частности, была выявлена роль вибронного взаимодействия с межцентровыми колебаниями в эффекте парной делокализации заряда в тригональных тримерах СВ (делокализации лишнего электрона по двум из трех металлоцентров), объяснен необычный антиферромагнитный эффект двойного обмена в квадратно-плоскостных тетрамерах СВ с двумя делокализованными электронами, наконец, разработана высокоэффективная компьютерная программа VIBPACK для расчета вибронного энергетического спектра и магнитных свойств сложных полиядерных кластеров СВ.

Внедрение результатов исследования:

Полученные научные результаты являются фундаментальными и вносят существенный вклад в создание молекулярной электроники, спинтроники и квантового компьютинга.

Образование и переподготовка кадров:

• Защиты: 2 кандидатские диссертации, 7 выпускных квалификационных работ бакалавров и магистров.

• Члены научного коллектива принимают активное участие в подготовке научных и педагогических кадров и образовательной деятельности. На постоянной основе, а также в рамках тематических семинаров, ведущий ученый и члены научного коллектива проводят тренинги по тематике проекта. В 2017 и 2018 году проведены два научных семинара с приглашением иностранных ученых «Обменные кластеры и системы смешанной валентности для создания переключаемых магнитных систем, ячеек для квантовых клеточных автоматов и мономолекулярных магнитов» и «Мономолекулярные магниты и спиновые переключатели: от молекулярного магнетизма к молекулярной спинтронике».
  

• Ведущим ученым разработан курс лекций «Теоретические основы молекулярного магнетизма», предназначенный для студентов шестого года факультета фундаментальной физико-химической инженерии МГУ имени М. В. Ломоносова.
  

• Разработана и внедрена в 2020 году образовательная программа «Квантово-химический дизайн молекулярных магнитных переключаемых систем». 

На протяжении всего существования лаборатории осуществлялось активное международное сотрудничество, в рамках которого проводились совместные исследования и научные семинары. Ниже перечислены организации, с которыми осуществлялось данное сотрудничество и области исследования: