Использование индивидуальных молекул вместо электронных или магнитных ячеек памяти способно полностью перевернуть технологию хранения данных ввиду того, что такая молекулярная память может быть в 1 000 раз меньше при том же объеме накапливаемой информации.

Продемонстрировав реальную возможность селективного изменения свойств индивидуальной молекулы, учёные из Университета им. Христиана Альбрехта в Киле (Германия) сделали решительный шаг в направлении развития подобных молекулярных хранилищ данных.

Спин-кроссовер под действием сканирующего туннельного микроскопа, осуществляемый при окислении-восстановлении смешаннолигандного комплекса железа на золотой подложке (здесь и ниже иллюстрации Kiel University).

Немецким исследователям удалось успешно провести выборочное включение и выключение магнетизма в индивидуальных молекулах — спин-переменных (спин-кроссовер-комплексах) — при помощи электронов. Полученные результаты экспериментов и наблюдений, опубликованные в журнале Angewandte Chemie, доказывают техническую возможность хранения информации с использованием отдельных молекул.

Явление со странным на первый взгляд названием «спин-кроссовер» описывает давно известный феномен превращения парамагнитной формы в диамагнитную и обратно, встречающийся в комплексах некоторых переходных металлов (к примеру, железа и никеля). Оно основано на термодинамической стабильности той или иной геометрии комплекса. Так, в случае комплексов промежуточного кристаллического поля устойчивость высоко- или низкоспиновой формы обусловливается именно характером заселённости d-уровня, расщеплённого в поле лигандов. Равновесие между высокоспиновыми и низкоспиновыми изомерами такого типа (например, комплексами двух- и трёхвалентного железа) и называют спин-кроссовером.

При индуцировании спин-кроссовера электронами имеет место окислительно-восстановительная реакция, при которой происходит переход из низкоспинового состояния (слева) в высокоспиновое.

Авторы работы синтезировали смешаннолигандный комплекс Fe(II) с дигидробис(пиразолил)боратом и 1,10-фенантролином — [Fe(bpz)2phen], который обратимо «переключается» между низко- и высокоспиновой формой при помощи электрон-индуцированного спин-кроссовера. Сам же процесс индуцирования проводился посредством сканирующего туннельного микроскопа на золотой подложке, который, как оказалось, позволяет переключать индивидуальные молекулы между двумя магнитными состояниями (при этом с химической точки зрения происходит окисление-восстановление центрального атома железа).

Несмотря не кажущуюся простоту, это первый пример установления контроля над магнитными характеристиками индивидуальных молекул.