Einzelmolekülmagnete

Seminarvortrag am 10. Dezember 2013,

Raphael Merbach

ÜbersichtWas 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

Wie ist ein Einzelmolekülmagnet aufgebaut?

Mn12ac

S = 10

4 Mn4+ im Zentrum

8 Mn3+ im Ring

verbrückt durch O2- [Mn12O12(CH3COO)16(H2O)4]

Wie ist ein Einzelmolekülmagnet aufgebaut?

Mn12Ac

Mn4+

Mn3+

→Ferrimagn. WW

Allgemein:

Verbrückte Übergangsmetallzentren

Äußere Liganden als Abschirmung / Einbettung

Wie ist ein Einzelmolekülmagnet aufgebaut?

Energiebarriere die Spinumkehr verhindert

→ Nullfeldaufspaltung

Wie ist ein Einzelmolekülmagnet aufgebaut?

Wie kommt die Nullfeldaufspaltung zustande?

Ursache: Durch Spin-Bahn-Kopplung oder Jahn-Teller Verzerrung kann Grundzustand mit angeregtem Zustand wechselwirken

◦→Mikrozustände erhalten versch. Energieniveaus

Zentraler Tetraeder Jahn-Teller verzerrtBevorzugte Besetzung von Orbitalen→ Aufhebung der Entartung

Wie kommt die Nullfeldaufspaltung zustande?

Wie kommt die Nullfeldaufspaltung zustande?

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?

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

◦Problem → Temperatur

Was bringt die Zukunft?

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, 1993Birgit Weber, Script zum Modul AC IVwww.pi1.physik.uni-stuttgart.de/research/Ma

gnetismus/MagnÁnisotropieMoIMagn_d.php (Stand 1. Dezember 2013)

Quellen