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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