Линейный дихроизм, или явление избирательного поглощения света, имеющего определенное направление поляризации, хорошо изучено для неорганических и органических молекул. Это свойство позволяет разрабатывать наноразмерные оптические устройства, высокоэффективные поляризаторы, материалы, селективно реагирующие на внешние стимулы, и многое другое. Однако о подобных свойствах у органических стабильных радикалов ранее в научной литературе не сообщалось.

Международный коллектив учёных синтезировал ряд стабильных нитронилнитроксильных радикалов и получили их монокристаллы, которые обладают свойством оптической анизотропии, то есть их поглощающие свойства меняются в зависимости от направления поляризации падающего света. Так, один из образцов был близок к полной оптической прозрачности в видимой области спектра при определенном положении плоскости поляризации луча, в то время как поворот на 90 градусов приводил к ослаблению интенсивности света в 30 раз.

«Эта работа — свидетельство тому, насколько важно следить за ходом протекания экспериментов, потому что наше открытие появилось из случайно замеченного факта. Сейчас в лаборатории мы работаем с магнитными органическими материалами на основе стабильных радикалов. Такие структуры исследуются в виде монокристаллов — они должны иметь четкую упорядоченную структуру атомов внутри твердой фазы, в противном случае исследования молекулярного магнетизма затруднительно. Мы вырастили кристаллы одного из нитроксильных радикалов и обнаружили, что они имеют два разных цвета: вместе со стандартными образцами насыщенного синего цвета также были бледно-зеленые кристаллы. Сначала мы решили, что эксперимент провалился, однако после ряда анализов выяснилось, что разницы между кристаллами с точки зрения молекулярной структуры нет. Более того, при детальном рассмотрении оказалось, что синий и зеленый цвета являются взаимопереходящим и зависят от угла обзора. Мы фактически открыли и доказали, что у магнитных материалов на основе стабильных радикалов имеются эффекты линейного дихроизма», — рассказал один из авторов исследования, доцент Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ кандидат химических наук Павел Петунин.

Оптические свойства полученных соединений исследовались с помощью электронной спектроскопии, а затем особенности расположения молекул в кристалле устанавливались методом рентгеновской дифракции. Всесторонний анализ экспериментальных данных, дополненный квантово-химическими расчетами, позволил установить необходимые условия для появления линейного дихроизма в кристаллах органических радикалов.

Результаты исследования могут лечь в основу создания гибридных устройств, чувствительных одновременно к магнитным полям и плоско-поляризованному свету, например, нового поколения оптических сенсоров и спинтронных устройств.

Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (№24-73-10026) и Министерством науки и высшего образования РФ.

Matvey K. Shurikov, Yuliana A. Kolesnikova, Darya E. Votkina, Pavel A. Abramov, Taisiya S. Sukhikh, Galina V. Romanenko, Sergey L. Veber, Dmitry E. Gorbunov, Nina P. Gritsan, Giuseppe Resnati, Evgeny V. Tretyakov, Vadim Yu. Kukushkin, Pavel S. Postnikov, Pavel V. Petunin. «Engineering optical anisotropy in paramagnetic organic crystals: Dichroism of nitronyl nitroxide radicals» // Chinese Journal of Structural Chemistry, Available online 19 June 2025, 100653