«Магнитные молекулы — это перспектива создания компонентов элементной базы будущего». Интервью с профессором РАН Михаилом Кискиным

Что такое координационные полиядерные соединения? Почему важно их изучать? Какие пионерские работы в этом направлении ведутся в нашей стране и каковы их результаты? Об этом рассказывает профессор РАН Михаил Кискин, главный научный сотрудник Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН.  

— Михаил, мы находимся в лаборатории химии координационных полиядерных соединений Института общей и неорганической химии РАН. Чем занята эта лаборатория?  

— Лабораторией руководит академик Игорь Леонидович Еременко. А я его заместитель и ученик, работаю здесь порядка 25 лет. Исходя из названия лаборатории, мы занимаемся координационными соединениями. Это связано с ионами металлов, способными формировать координационные соединения в присутствии доноров лигандов, что приводит к формированию новых соединений, которые можно направленно получать. Структуру молекулярного соединения можно дополнять различными органическими лигандами, задавая определенный функционал.

— Какой?

— Всем известны люминесцентные соединения, основанные как раз на оксидах редкоземельных металлов: они дают определенную люминесценцию и используются в качестве люминофоров, например в светоизлучающих лампах.

— У вас над головой пример как раз такой люминесценции?

— Да. Оксидные материалы требуют использования определенной оксидной матрицы, где относительная эффективность излучающих устройств мала. Эффективность — это когда вы подали определенную энергию, в данном случае электричество, на светоизлучающий элемент, и он может светить на все 100%, а может только на 5%. А мы как раз модифицируем ионы редкоземельных металлов, добавляем им «антеннки» — органические ароматические молекулы, связанные напрямую с металлом. Они эффективно поглощают энергию извне и конвертируют ее в световое излучение, которое мы наблюдаем в обычных лампочках.

— Вы сказали, что это ароматические молекулы. Что это значит?

— Ароматические молекулы в основном синтезируются. Это такие известные вещества, как пиридин, толуол, бензол. Если толуол или бензол мы используем как растворители, то пиридин, его производные, где уже присутствует система из нескольких ароматических колец, обладают высоким коэффициентом экстинкции (то есть очень эффективно поглощают излучение от внешнего источника). Если это ион европия, то наблюдаемое излучение — около 600 нм, если ион тербия — 540 нм. Из этих металлов можно, допустим, делать смеси, настраивать цветовую гамму.

— Почему важно, чтобы они были ароматическими, и что это означает для внешнего пользователя? Мы чувствуем какие-то ароматы?

— Нет, на самом деле ароматика — это обозначение класса соединений, не имеющих отношения к ароматам. Тот же самый аммиак — очень ароматная молекула, но не ароматическое соединение. Это NH₃ — молекула, которая спокойно диффундирует, распространяется по воздуху.

— А почему тогда они называются ароматическими, если не содержат ароматов?

— Это связано с тем, что у них в молекуле есть электроны, которые взаимосвязаны друг с другом и образуют конденсированную среду. Ароматика классифицируется тем, что наблюдаются особые взаимодействия между электронами и формируется ароматическая система. Конечно, есть определенный сорт ароматических молекул, которые могут спокойно летать и ощущаться нашим осязанием. Но на фоне тех же производных аминов и каких-то других молекул, допустим, сульфидов, эта ароматика ничем не связана именно с ароматичностью, которую мы воспринимаем как духи, как запахи растений.

— Среди практических применений — получение люминесценции, а что еще?  

— Второе направление, с которым связана моя научная жизнь со времен последних курсов университета, — магнитные системы. Допустим, есть определенный класс магнитных материалов, которые мы обычно используем в нашей жизни: магниты на дверях, магнитные элементы в телефонах…

— Магниты на холодильниках...

— В том числе. Есть высокопольные магниты, используемые в приборах.

— А магнитно-резонансная томография?

— Да, это все магнитные материалы, основанные на оксидных материалах металлов. Конец прошлого века был ознаменован открытием, что молекулярные материалы могут обладать уникальными магнитными свойствами, когда можно получать либо объемный материал, либо молекулу, которая будет работать самостоятельно. Ее можно нанести в виде тонкой пленки и инициировать излучение, подав определенный потенциал. Магнитные молекулы — это перспектива создания компонентов элементной базы будущего, которая может быть использована, допустим, в компьютерных технологиях. Это элементы хранения, обработки информации, и здесь мы рассматриваем именно такие возможности, для чего у нас есть молекулярные комплексы на основе парамагнитных металлов. Кобальт, никель, медь, ионы редкоземельных металлов обладают неспаренными электронами, и эти электроны могут взаимодействовать друг с другом. В 1993 г. было описано и исследовано одно из первых знаковых соединений в этой области — двенадцатиядерный комплекс марганца. В нем наблюдаются определенные обменные взаимодействия между 12 металлоцентрами. Это как круг людей, которые взаимодействуют друг с другом и решают общую интересную задачу. Так и парамагнитные центры — взаимодействуя друг с другом, они дают уникальный эффект: молекула комплекса при гелиевой температуре переходит в магнитно упорядоченное состояние и может играть роль носителя одного бита информации. Помните, еще в 1980–1990-х гг. мы слушали музыку на кассетах?

— Пленка еще все время зажевывалась...

— Конечно, это довольно мягкий материал, но многое зависит от качества магнитофона, которым вы владеете. Пленка содержала определенную информацию: головка магнитофона считывала и воспроизводила звуковое содержание. Эту пленку можно было заменить (как мы сейчас и делаем) носителями информации в виде флешек, жестких дисков — в результате уже можно записывать терабайты. Но плотность информации еще относительно низкая. За счет тех же молекулярных систем можно записывать намного больше информации. Количество данных увеличивается с каждым годом лавинообразно, поэтому требуются новые носители информации и новые методы ее обработки. В перспективе — создание таких молекулярных систем, которые позволят нам хранить гораздо больше информации на меньшем пространстве. Единственная проблема: эти молекулярные системы работают при гелиевых температурах, что намного ниже комнатной температуры и даже температуры жидкого азота. Если бы мы обитали в космосе, где температура равна нулю кельвинов, то эти материалы нам бы отлично подходили для практического использования.

— Так, может, их и надо хранить в космосе и по мере необходимости получать оттуда?

— Это пока слишком дорогой вариант. Мы даже еще толком не обитаем в космосе — всего-навсего на орбите нашей планеты. Вот когда мы переселимся на другие планеты, это будет актуально. Но я не собираюсь переселяться — мне и здесь хорошо.

— Зачем нам такое количество информации? Ведь человек не способен усваивать даже то, что есть сейчас.

— Это накопление данных, которые мы генерируем. Это первое. Во-вторых, сейчас активно развиваются технологии искусственного интеллекта, которые также требуют больших объемов хранения информации, той же обработки. Я думаю, что мы на правильном пути, — все-таки надо что-то оставить для потомков. К сожалению, если мы углубимся в историю, от наших предков, которые обитали в Египте или в Месопотамии, не осталось практически ничего. Клинописные таблички и папирусы со временем испортились, их приходилось расшифровывать, на это было потрачено много времени и сил. А если мы будем предоставлять нашим потомкам информацию в сжатом формате, которую они могут спокойно изымать, анализировать, то это будет для них проще и надежнее.

— Есть точка зрения, что электронные носители как раз очень ненадежны: случись какой-нибудь коллапс — и все это можно потерять. А рукописи не горят.

— Все верно. Но рукописи нужно содержать в условиях, когда человек к ним просто не прикасается, и тогда они не будут портиться. Все, что сделано из целлюлозы, недолговечно: бумага потихоньку тлеет и пропадает. Конечно, вы правильно сказали, что любой коллапс может привести к плачевному исчезновению наших данных. Надо совершенствовать технологии.

— Мы от этого зависимы: отключи у нас интернет — мы становимся совершенно беспомощными.

— Я бы не сказал, что мы совершенно беспомощны без интернета, но надо быть готовым к таким вызовам.

— Каким образом? Что нужно делать?

— Проводить время вдали от города, иметь огород, копать, выращивать растения, заниматься обыденной в недавнем прошлом работой. Нужно знать, как выживать в особо трудных условиях. Да, мы во многом заложники электронных устройств, но отказаться от них мы не можем.

— Есть ли еще какие-то направления, в которых вы работаете?

— Да, еще у нас есть подразделение, работающее над биологической активностью комплексных соединений. Наши коллеги используют возможность комплексных соединений, содержащих те же металлоорганические функционализированные молекулы для борьбы с бактериями. Это могут быть также раковые клетки и возможные компоненты антибиотиков. У нас производится синтез самих соединений. Для этого мы пробуем множество разных химических комбинаций. И здесь важна совместная работа с медиками для оценки их биологической активности.

— Какие вы видите перспективы развития работы вашей лаборатории?

— Мы будем продолжать то, чем занимаемся. Интерес к этим направлениям не угасает, и создание тех или иных функциональных материалов на их основе играет большую роль. На примере фотоактивных соединений можем получать координационные полимеры — трехмерные каркасы, которые могут выступать в качестве сенсоров для определенных загрязнителей, содержащихся в воде или в воздухе. Люминесценция этих сорбентов изменяется под воздействием поглощаемых ими загрязнителей из атмосферы или раствора, может либо тускнеть, либо, наоборот, усиливаться.

— Если воздух загрязнен, то люминесценция усиливается?

— Наоборот, может пропасть. Есть специальная светящаяся пленка, которую можно прикрепить куда угодно: на ткань, на стол или даже как стикер на одежду. Эти люминесцентные полоски можно даже наклеивать себе на тело, чтобы узнать, в какой экологической ситуации вы сейчас находитесь: загрязненного воздуха или, наоборот, благоприятной биологической среды. Самый простой пример — использование подобных сенсоров в аэропортах. Может, вы заметили, как по вашим вещам проводят такими ленточками? Это примерно то же самое. По ним можно определять, был ли контакт с нитропроизводным взрывоопасным веществом. У нас ведутся совместные работы с Институтом неорганической химии Сибирского отделения РАН. Мы получали координационные полимеры, которые проявляли определенные сенсорные свойства, были чувствительными к производным нитробензола. Нитроароматические соединения довольно эффективно гасят люминесценцию таких ароматических каркасов. Если подобные сенсоры становятся высокочувствительными и селективными, то можно понять, какое загрязнение туда могло попасть.

— Применяются ли ваши разработки уже где-то на практике?

— Мы в основном занимаемся фундаментальной химией, и выход на производителя пока ограничен. Однако в последнее время наш институт активно развивает партнерство с коммерческими структурами, включая научные центры мирового уровня. В 2025 г. мы выиграли проект совместно с Институтом физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН и Кольским научным центром. Этот проект подразумевает рациональное использование редкометалльного сырья: экстракцию, рециклинг таких металлов, получение материалов, а также катализаторов. Мы занимаемся получением катализаторов для гомогенного гидрирования. Это бутадиен-нитрильный каучук, который необходим для нефтеперерабатывающей отрасли. К сожалению, гидрированный бутадиен-нитрильный каучук у нас не производится. Он и раньше не производился в России, а теперь доступ к нему еще больше осложнен. Необходима разработка условий процесса гидрирования, чтобы получать финальный материал.

— А что за черный ящик стоит у вас на столе?

— Хорошо, что вы его заметили, — здесь как раз находится наглядный материал по поводу проекта, который мы ведем в рамках нашего научного центра. Это молекула, представляющая собой эффективный гомогенный катализатор гидрирования непредельных связей в молекулах. В данном случае это трифенилфосфинхлорид родия.

— Выглядит как космический корабль.

— Да, из «Звездных войн». Если правильно расположить эти молекулы, они ведут себя как насекомые вроде осы или комара, которые летают и могут стрелять. Это как раз и есть катализатор, который был получен у нас в лаборатории. Он довольно мягкий. Наши коллеги из Волгоградского технического университета занимаются технологией гидрирования с помощью нашего катализатора. Они предоставили нам образцы гидрированного бутадиен-нитрильного каучука. Это полимер, который был преобразован в зависимости от степени гидрирования — 70% или почти 100%. В результате получается довольно плотный материал, выдерживающий температуру до 200 °C. В нефтедобывающей отрасли этот материал необходим в качестве уплотнителя стыков. Это прокладки для труб, которые используют при высоких температурах. Замена одной из прокладок, вышедшей из строя, обходится дорого, и необходимы надежные материалы. Данный материал раньше поставлялся в нашу нефтедобывающую отрасль из-за рубежа.

— Сейчас нет такой возможности?

— Именно так. Это одно из ярких прикладных применений, которое наверняка будет реализовано в ближайшее время.

— Вижу, у вас достаточно молодая лаборатория. Кто ваши сотрудники?

— Лаборатория у нас в основном состоит из людей, которые приехали из регионов. Ситуация складывается так, что желающих у нас работать много. Пишут, обращаются к нам. Мы не всех можем принять. И, конечно, есть текучка кадров. Я в этой лаборатории работаю с 2002 г., когда поступил в аспирантуру. Я из Новосибирска, окончил Новосибирский государственный университет. Марина Евгеньевна Никифорова — из Йошкар-Олы, Дмитрий Сергеевич Ямбулатов окончил Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, присутствуют также представители Ростова, Кирова, недавно обратилась девушка из Казани — тоже хочет переехать и работать в нашей лаборатории.

— Не пожалели о переезде, не скучаете по Новосибирску?

— Конечно, скучаю. Наведываюсь к коллегам, друзьям. Не упускаю возможности съездить туда на конференцию, выступить с докладом. Вы знаете Академгородок? Это одно из лучших на свете мест, где творится отличная наука.