量子化学领域的专家在南乌拉尔国立大学多组分功能材料多尺度建模实验室工作。他们研究未来材料的特性，这些材料目前仅处于开发阶段。
材料设计的现代趋势之一是基于金属有机骨架（MOF，英文名称为metal organic framework）的材料。它们由单独的结构块构成，因此能够表现出多种特性，例如柔韧性和发光性、吸附性和电导性。
“孩子们喜欢玩建筑套装，里面有不同的积木、棍子、球，”南乌拉尔国立大学多组分功能材料多尺度建模研究实验室的研究员伊莉娜·尤史娜说。“我们的建筑套装由结构块组成，根据它们的连接方式，它们会“组装”成不同结构的框架。通过改变中心金属或结合块，可以控制结构，从而控制所得框架的性质。”
例如，伊莉娜·尤史娜研究了镍基金属有机框架 DUT-8（以德累斯顿工业大学命名）的性质，这种框架非常了不起，因为它可以像一个带锁的盒子一样工作，用于包装分子。在正常条件下，孔隙是开放的，可以容纳各种分子，而在外部影响下，它们会突然关闭。这种从开放相到封闭相的可逆转变允许控制分子在孔隙中的吸附和保留。
“许多目前处于技术积极实施阶段的材料都是从最早的获取、结构建模和筛选这种化合物可能有用的潜在领域开始的。然后工程师们向实验化学家和理论家求助，”伊莉娜·尤史娜说。“在已经实施的项目中，最著名的例子可能是沙漠中的水再生器。它是一种便携式设备，带有一个装有 MOF 的墨盒，每天每 1 公斤框架最多可提取 200 克水，据《自然水》杂志报道。孔隙捕获水分子，将其保留，由于沙漠的温度波动，孔隙中的水会再生。这项技术确实可以用于解决水资源短缺问题，它只是从吸附的基础研究开始的。
伊莉娜·尤史娜和她的同事不仅研究相变，还研究柔性金属有机框架 - MOF 的力学。他们进行计算实验，包括“龙卷风-南乌拉尔国立大学”超级计算机的参与。结果是晶体级“分子结构”的应力张量，可以与建筑商对房屋的强度计算进行比较。方法和现象相似，但规模和方法完全不同。
然而，南乌拉尔国立大学团队不仅关注能够改变形状的框架的机械性能，还关注基于金属有机框架的晶体在非线性光学中的应用。
“这种晶体的任务是改变激光辐射的波长，从而扩大可用激光波长的范围：从紫色到长波长，”伊莉娜解释道。“如果晶体具有某些结构特征，那么就可以在实验中记录这种效应，但这个问题的答案是：这种结构是否可能具有所需的特性，而无需进行实验，可以通过量子化学建模给出。”
伊莉娜·尤史娜及其同事的研究结果发表在国际期刊《晶体生长与设计》（Q1 Scopus）https://doi.org/10.1021/acs.cgd.3c01154 和《先进光学材料》（前 10%）https://doi.org/10.1002/adom.202300881 上。