Следующие поколения датчиков и устройств квантовых вычислений, а также, в целом, области молекулярной электроники и спинтроники требуют создания новых материалов с «переключаемыми» молекулами. Отметим, что спинтроника – это область квантовой электроники, в которой в качестве основного физического носителя информации используется спин, определяющий направление вращения электрона.

Молекулы, которые «переключаются» между двумя или более физически различимыми спиновыми состояниями, могут использоваться для инициализации, манипуляции и считывания информации в квантовых компьютерах. Они также способны найти применение для хранения данных и рассматриваются для приложений спин-фильтрации и спин-коммутации, – изменения параметров электронной цепи.

Одним из перспективных типов «переключаемых» молекул являются комплексы металлов, склонные проявлять обратимую перегруппировку без изменения качественного и количественного состава молекулы, заключающуюся во внутримолекулярном переносе электронов между переходным металлом и редокс-активным лигандом – валентную таутомерию (ВT). Наиболее часто явление ВТ встречается в соединениях кобальта с 1,2-диоксоленовыми лигандами, способными изменять окислительное состояние. Проведенные ранее Алёной Стариковой теоретические исследования показали, что такие комплексы могут быть использованы в качестве двухкубитовых квантовых вентилей в квантовой обработке информации или в качестве молекулярных переключателей в молекулярной электронике или спинтронике.

В обычных компьютерах единицей информации является бит, принимающий значение 0 или 1. Кубиты (квантовые биты) могут находиться одновременно в двух таких состояниях. Благодаря уникальному квантовомеханическому явлению – квантовой запутанности, воздействие на один кубит приводит к изменению состояния других кубитов, что лежит в основе большей производительности квантовых компьютеров по сравнению с современными вычислительными системами.

Сотрудники Школы химии Мельбурнского университета (Австралия) и Химического факультета Университета штата Колорадо (США) синтезировали серию биядерных комплексов кобальта с органическим соединением – бис(диоксоленом) – для выяснения параметров, влияющих на характер спиновых переходов в результате «переключения» молекул. 

По мнению ученых, эта научная работа устанавливает четкий путь к следующему поколению комплексов с двухступенчатыми спиновыми переходами, которые способны найти применение в квантовых компьютерах.

Результаты совместного исследования опубликованы в одном из наиболее престижных научных журналов по химии – Journal of the American Chemical Society (Impact Factor: 14.612).