Einzelmolekülmagnete Seminarvortrag am 10. Dezember 2013, Raphael Merbach

Übersicht Was ist ein Einzelmolekülmagnet? Wie ist ein Einzelmolekülmagnet aufgebaut? Wie kommt die Nullfeldaufspaltung zustande? Wie entsteht die charakteristische Hysterese? Was bringt die Zukunft?

Was ist ein Einzelmolekülmagnet? Molekül mit langsamer magnetischer Relaxation Molekül kann in angelegtem Feld magnetisiert werden Keine intermolekularen Wechselwirkungen erforderlich

Was ist ein Einzelmolekülmagnet? Bedingungen: S > ½ Magnetische Anisotropie

Wie ist ein Einzelmolekülmagnet aufgebaut? Fe8 S = 10 Fe3+ verbrückt durch OH- und O2- [Fe8O2(OH)12(tacn)6]6+ (tacn = 1,4,7-Triazacyclononan)

Wie ist ein Einzelmolekülmagnet aufgebaut? Fe8 Fe3+ →Ferrimagn. WW

[Mn12O12(CH3COO)16(H2O)4] Mn12ac S = 10 4 Mn4+ im Zentrum Wie ist ein Einzelmolekülmagnet aufgebaut? Mn12ac S = 10 4 Mn4+ im Zentrum 8 Mn3+ im Ring verbrückt durch O2- [Mn12O12(CH3COO)16(H2O)4]

Mn4+ Mn3+ →Ferrimagn. WW Mn12Ac Wie ist ein Einzelmolekülmagnet aufgebaut? Mn12Ac Mn4+ Mn3+ →Ferrimagn. WW

Verbrückte Übergangsmetallzentren Wie ist ein Einzelmolekülmagnet aufgebaut? Allgemein: Verbrückte Übergangsmetallzentren Äußere Liganden als Abschirmung / Einbettung

Energiebarriere die Spinumkehr verhindert Wie ist ein Einzelmolekülmagnet aufgebaut? Energiebarriere die Spinumkehr verhindert → Nullfeldaufspaltung

Wie kommt die Nullfeldaufspaltung zustande? Ursache: Durch Spin-Bahn-Kopplung oder Jahn-Teller Verzerrung kann Grundzustand mit angeregtem Zustand wechselwirken →Mikrozustände erhalten versch. Energieniveaus

Wie kommt die Nullfeldaufspaltung zustande? Zentraler Tetraeder Jahn-Teller verzerrt Bevorzugte Besetzung von Orbitalen → Aufhebung der Entartung

Wie kommt die Nullfeldaufspaltung zustande?

Wie entsteht die charakteristische Hysteresekurve? Bei bestimmten Feldern Stufenweise Relaxation der Magnetisierung

Wie entsteht die charakteristische Hysteresekurve? Ohne angelegtes Feld sind Energieniveaus entartet und gleich besetzt

Wie entsteht die charakteristische Hysteresekurve? Bei angelegtem Feld: Anhebung / Absenkung der Energieniveaus →Spins richten sich aus

Wie entsteht die charakteristische Hysteresekurve? Bei Abschalten des Magnetfelds bleiben Spins ausgerichtet →Magnetisierung

Wie entsteht die charakteristische Hysteresekurve? Tunneln zwischen den niedrigsten Energieniveaus (unwahrscheinlich)

Wie entsteht die charakteristische Hysteresekurve? Tunneln zwischen angeregten Zuständen

Wie entsteht die charakteristische Hysteresekurve? Tunneln nur zwischen Zuständen gleicher Energie

Wie entsteht die charakteristische Hysteresekurve? Durch Verschiebung Tunneln zwischen versch. Zuständen der versch. Spinrichtungen

Wie entsteht die charakteristische Hysteresekurve?

Speichermedien → ein Molekül entspricht einem Bit Was bringt die Zukunft? Speichermedien → ein Molekül entspricht einem Bit Problem → Temperatur

Quellen D. Gatteschi R. Sessoli, Angew. Chemie Int. Ed., 2006, 16, 268-297 R. Bircher, G. Chaboussant, C.Dobe, H.Güdel, S.Ochsenbein, A.Sieber, O. Waldmann, Advanced Functional Materials, 2006, 16, 209-220 Introduction to Molecular Magnetism, Dr. Joris van Slageren Olivier Kahn, Molecular Magnetism, 1993 Birgit Weber, Script zum Modul AC IV www.pi1.physik.uni- stuttgart.de/research/Magnetismus/MagnÁnisotropieMoI Magn_d.php (Stand 1. Dezember 2013)