Weiterentwicklung der finite-temperature Lanczos-Methode und Untersuchung der magnetischen Eigenschaften großer magnetischer Moleküle
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ziel des vorgeschlagenen Projektes war es, die theoretischen Möglichkeiten zur Beschreibung mesoskopischer magnetischer Moleküle mit etwa 10 bis 30 paramagnetischen Ionen weiter zu entwickeln und auf konkrete Moleküle anzuwenden, die mit den bisher genutzten Methoden nicht modelliert werden konnten. Konkret sollte die Finite-Temperature-Lanczos-Methode (FTLM), die in einer Vorarbeit getestet und als sehr mächtig eingestuft wurde, weiter untersucht und entwickelt werden. Die Entwicklung umfasst dabei hauptsächlich die Erweiterung auf die magnetisch sehr interessanten Hamilton-Operatoren mit anisotropen Termen, die zur Beschreibung sogenannter Einzelmolekülmagnete genutzt werden. Das Projekt ist erfolgreich durchgeführt worden. Die erzielten Ergebnisse sind beeindruckend und derzeit weltweit einmalig. Es wurden bisher noch nie so große magnetische Moleküle quasiexakt auf ihre magnetischen Eigenschaften hin untersucht. Untersucht wurden u.a. ein geometrisch frustriertes Fe12-Clusters [GDM+11], die magnetokalorischen Eigenschaften von Gadolinium-haltigen molekularen Materialien [HSP+12, ZZL+13, ZPSW13, CMT+13, ZPM+14, PTZ+14, SCM+14] sowie bestimmten geometrisch frustrierten Strukturen [SH13]. Hinzu kamen Forschungen an Molekülen, die Mangan(III)-Ionen enthalten, welche oft aufgrund einer Jahn-Teller-Verzerrung eine große Anisotropie besitzen [SFR+14, FSR+14]. Unsere grundlegenden theoretischen Untersuchungen zur Anwendbarkeit der Finite-Temperature-Lanczos-Methode auf anisotrope Spinsysteme, also solche mit Einzelionenanisotropie sowie anisotropem Austausch, haben ergeben, dass sich hier durch den Verlust von Symmetrien große Ungenauigkeiten ergeben. Dies kann letztlich darauf zurückgeführt werden, dass die ja recht kleine Menge an Zufallsvektoren, die man in der FTLM verwendet, die fundamentale Zeitumkehrinvarianz verletzt. Wir konnten zeigen, dass sich die Symmetrie auch in kleinen Mengen an Zufallsvektoren realisieren lässt, indem man immer Paare zeitumgekehrter Zufallsvektoren zum Sampling verwendet [HS14].
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- An Fe16 barrel: Synthesis, structural and magnetic characterisation
of an Fe8 ring and its dimer. Polyhedron, Vol. 64. 2013, pp. 59-62.
Ian Casson, Christopher A. Muryn, Floriana Tuna, Jurgen Schnack, Richard E.P. Winpenny
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.poly.2013.02.028) - Application of the finite-temperature Lanczos method for the evaluation of magnetocaloric properties of large magnetic
Molecules. European Physical Journal B, Vol. 86. 2013, Issue 2, 46.
Jurgen Schnack, Christian Heesing
(Siehe online unter https://doi.org/10.1140/epjb/e2012-30546-7) - Molybdate templated assembly of Ln12Mo4-type clusters (Ln = Sm, Eu, Gd) containing a truncated tetrahedron core. Chemical Communications, Vol. 49. 2013, Issue 1, pp. 36-38.
Yong Zheng, Qian-Chong Zhang, La-Sheng Long, Rong-Bin Huang, Achim Muller, Jurgen Schnack, Lan-Sun Zheng, Zhiping Zheng
(Siehe online unter https://doi.org/10.1039/c2cc36530h) - Octametallic 4f-phosphonate horseshoes. Dalton Transactions, Vol. 42. 2013, Issue 39, pp. 14045-14048.
Karzan H. Zangana, Eufemio Moreno Pineda, Jurgen Schnack, Richard E. P. Winpenny
(Siehe online unter https://doi.org/10.1039/c3dt52086b) - A truncated [MnIII12] tetrahedron from oxime-based [MnIII3O] building blocks. Dalton Transactions, Vol. 43. 2014, Issue 28, pp. 10690-10694.
J. M. Frost, S. Sanz, T. Rajeshkumar, M. B. Pitak, S. J. Coles, G. Rajaraman, Wolfgang Wernsdorfer, Jurgen Schnack, P. J. Lusby, Euan K. Brechin
(Siehe online unter https://doi.org/10.1039/C4DT01469C) - Advanced nite-temperature Lanczos method for anisotropic spin systems. European Physical Journal B, Vol. 87. 2014, Issue 9, 194.
Oliver Hanebaum, Jurgen Schnack
(Siehe online unter https://doi.org/10.1140/epjb/e2014-50360-5) - Centred nine-metal rings of Lanthanides. Chemical Communications, Vol. 50. 2014, Issue 12, pp. 1438-1440.
Karzan H. Zangana, Eufemio Moreno Pineda, Eric J. L. McInnes, Jurgen Schnack, Richard E. P. Winpenny
(Siehe online unter https://doi.org/10.1039/c3cc48708c) - Combining Complementary Ligands into one Framework for the Construction of a Ferromagnetically Coupled [MnIII 12] Wheel.
Chemistry – A European Journal, Vol. 20. 2014, Issue 11, pp. 3010-3013.
Sergio Sanz, Jamie M. Frost, Thayalan Rajeshkumar, Scott J. Dalgarno, Gopalan Rajaraman, Wolfgang Wernsdorfer, Jurgen Schnack, Paul. J. Lusby, Euan K. Brechin
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/chem.201304740) - Iron Lanthanide Phosphonate Clusters: Fe6Ln6P6 Wells-Dawson-like Structures with D3d Symmetry. Inorganic Chemistry, Vol. 53. 2014, Issue 6, pp. 3032-3038.
Eufemio Moreno Pineda, Floriana Tuna, Yan-Zhen Zheng, Simon J. Teat, Richard E. P. Winpenny, Jurgen Schnack, Eric J. L. McInnes
(Siehe online unter https://doi.org/10.1021/ic402839q) - Quantum signatures of a molecular nanomagnet in direct magnetocaloric measurements. Nature Communications, Vol. 5. 2014, Article number: 5321.
Joseph W. Sharples, David Collison, Eric J. L. McInnes, Jurgen Schnack, Elias Palacios, Marco Evangelisti
(Siehe online unter https://doi.org/10.1038/ncomms6321)
