Новые комплексы иттербия с управляемыми свойствами для медицины и электроники

Ученые из Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН и Физического Института им. П.Н. Лебедева РАН синтезировали и исследовали новые устойчивые комплексы редкоземельного металла иттербия, обладающие свойствами молекулярных магнетиков, эффективно люминесцирующие в инфракрасной области спектра. Разработка перспективна для создания новых материалов для медицины (например, люминесцентных маркеров) и высокоточной электротехники (светодиодов, материалов для записи, обработки и хранения информации). Результаты работы опубликованы в международном журнале Dalton Transactions. Работа поддержана грантом Российского научного фонда.

Иттербий образует трехзарядные ионы, комплексы которого могут проявлять свойства молекулярных магнетиков, то есть способны сохранять на уровне одной молекулы остаточную намагниченность в течение некоторого времени после отключения внешнего магнитного поля. Данная способность является ключевой при разработке высокоэффективных материалов нового поколения для записи, обработки и хранения информации. С другой стороны, для комплексов иттербия характерна эффективная люминесценция в ближней инфракрасной области, что в дальнейшем может позволить применять их в качестве люминесцентных маркеров в медицине, компонентов органических светоизлучающих диодов и других приложениях.

Одним из наиболее перспективных подходов к улучшению магнитных и люминесцентных свойств комплексов иттербия является направленное варьирование качественного и количественного состава органических лигандов. Использование такого подхода при разработке молекулярных магнетиков позволяет подобрать координационное окружение, геометрия и состав которого будут способствовать усилению магнитной анизотропии иттербия. Важными задачами при разработке эффективных инфракрасных люминофоров является поиск подходящих антенных лигандов, способствующих усилению собственной люминесценции Yb3+.

Именно такой подход был использован российскими учеными при разработке нового семейства комплексов иттербия, полученных контролируемым замещением ацетилацетона на анионы хинолин-карбоновой кислоты.

 Строение полученных комплексных соединений иттербия и координационное окружение Yb3+ в: 1 – полиядерном комплексе с хорошими магнитными свойствами, 2 – моноядерном комплексе с эффективной люминесценцией. Источник: ИОНХ РАН

Исследование прокомментировал старший научный сотрудник Лаборатории магнитных материалов ИОНХ РАН, кандидат химических наук Андрей Гавриков: «Нам удалось разработать методики получения новых полифункциональных комплексных соединений иттербия с высокими (порядка 70-80%) выходами. Важным достижением стало установление влияния состава и строение комплексов на их “целевые” магнитные и люминесцентные свойства. В результате синтеза мы получили два комплекса – полиядерный и моноядерный, для каждого изучили магнитные свойства и люминесценцию. Оказалось, что свойства молекулярных магнетиков лучше выражены для полиядерного комплекса, а моноядерный комплекс является лучшим люминофором. Стоит отдельно отметить, что высокие, по сравнению с полиядерным комплексом, люминесцентные характеристики моноядерного комплекса особенно важны с учетом высокой химической и термической стабильности этого соединения, а также его растворимости в органических растворителях. Эти свойства позволяют говорить о реальных перспективах практического использования этого соединения для создания люминесцентных материалов – например, для органических светоизлучающих диодов, биолюминесцентных меток и так далее».