Elektronische und magnetische Eigenschaften in Monolager/Substrat-Grenzflächen des Metallofulleren-Einzelmolekülmagneten Tb2@C79N mit Einzelelektronen-Tb-Tb-Bindung

• Antragsteller: Dr. Alexey A. Popov
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 448005669

• Erstellungsjahr: 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Das Projekt zielte auf ein vertieftes Verständnis der elektronischen und magnetischen Eigenschaften von Dimetallofulleren mit Ein-Elektronen-Lanthanid-Lanthanid-Bindungen an den Grenzflächen ihrer Monoschichten mit verschiedenen Substraten ab. In der Masseform zeigen solche Dimetallofullerene Einzelmagnetismus mit breiter magnetischer Hysterese und hohen Blockierungstemperaturen der Magnetisierung. In diesem Projekt unte rsuchten wir die Abscheidung ihrer dünnen Schichten und deren Charakterisierung durch spektroskopische Techniken und Rastertunnelmikroskopie. Das magnetische Verhalten der Monoschichten wurde anschließend mit Hilfe des röntgenmagnetischen Zirkulardichroismus analysiert. Submonoschichten aus Tb 2@C79N auf Cu, Au, MgO/Ag und h-BN/Rh wurden durch Aufdampfen im Ultrahochvakuum hergestellt. Unerwarteterweise zeigten XMCD-Studien, dass die Moleküle auf der Oberfläche eine verringerte Hysterese in Verbindung mit einer antiferromagnetischen Kopplung aufwiesen. Diese Eigenschaften wurden auf das Einfangen eines Elektrons durch das einfach besetzte Tb-Tb-Orbital zurückgeführt, was die Kopplung der magnetischen Tb-Momente veränderte. Die Ablagerung von Tb2@C80(CH2Ph)-Monoschichten auf Graphen und Graphit erfolgte durch Selbstorganisation aus der Lösung, wobei die Fullerenoberfläche mit Pyren-Ankergruppen funktionalisiert wurde. Diese Schichten wiesen eine magnetische Hysterese bis zu 28 K auf, was die höchste Hysteresetemperatur für oberflächengestützte Einzelmolekülmagnete darstellt. Monoschichten aus Dy2@C80(CH2Ph), die durch Elektrospray-Technik abgeschieden wurden, zeigten ebenfalls ausgezeichnete magnetische Eigenschaften und ermöglichten die Visualisierung des Elektronentransfers durch das einfach besetzte Metall-Metall-Bindungsorbital.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Electrophilic Trifluoromethylation of Dimetallofullerene Anions en Route to Air-Stable Single-Molecule Magnets with High Blocking Temperature of Magnetization. Journal of the American Chemical Society, 143(43), 18139-18149.
  Wang, Yaofeng; Velkos, Georgios; Israel, Noel Jens; Rosenkranz, Marco; Büchner, Bernd; Liu, Fupin & Popov, Alexey A.
  
• Exceptionally High Blocking Temperature of 17 K in a Surface‐Supported Molecular Magnet. Advanced Materials, 33(40).
  Paschke, Fabian; Birk, Tobias; Enenkel, Vivien; Liu, Fupin; Romankov, Vladyslav; Dreiser, Jan; Popov, Alexey A. & Fonin, Mikhail
  
• Imaging the Single‐Electron Ln–Ln Bonding Orbital in a Dimetallofullerene Molecular Magnet. Small, 18(3).
  Paschke, Fabian; Birk, Tobias; Avdoshenko, Stanislav M.; Liu, Fupin; Popov, Alexey A. & Fonin, Mikhail
  
• Robust Single Molecule Magnet Monolayers on Graphene and Graphite with Magnetic Hysteresis up to 28 K. Advanced Functional Materials, 31(48).
  Spree, Lukas; Liu, Fupin; Neu, Volker; Rosenkranz, Marco; Velkos, Georgios; Wang, Yaofeng; Schiemenz, Sandra; Dreiser, Jan; Gargiani, Pierluigi; Valvidares, Manuel; Chen, Chia‐Hsiang; Büchner, Bernd; Avdoshenko, Stanislav M. & Popov, Alexey A.
  
• Metamagnetic transition and a loss of magnetic hysteresis caused by electron trapping in monolayers of single-molecule magnet Tb2@C79N. Nanoscale, 14(27), 9877-9892.
  Koutsouflakis, Emmanouil; Krylov, Denis; Bachellier, Nicolas; Sostina, Daria; Dubrovin, Vasilii; Liu, Fupin; Spree, Lukas; Velkos, Georgios; Schimmel, Sebastian; Wang, Yaofeng; Büchner, Bernd; Westerström, Rasmus; Bulbucan, Claudiu; Kirkpatrick, Kyle; Muntwiler, Matthias; Dreiser, Jan; Greber, Thomas; Avdoshenko, Stas M.; Dorn, Harry & Popov, Alexey A.
  
• Monometallic Endohedral Azafullerene. Journal of the American Chemical Society, 144(47), 21587-21595.
  Xiang, Wenhao; Jiang, Xiaole; Yao, Yang-Rong; Xin, Jinpeng; Jin, Huaimin; Guan, Runnan; Zhang, Qianyan; Chen, Muqing; Xie, Su-Yuan; Popov, Alexey A. & Yang, Shangfeng
  
• Controlled Nanoplatelet Deposition of 2D Chromium Trihalide Solid Solutions. Chemistry of Materials, 35(11), 4136-4148.
  Froeschke, Samuel; Yasmen, Nadia; Popov, Alexey A.; Schiemenz, Sandra; Wolf, Daniel; Giebeler, Lars; Hantusch, Martin; Gräßler, Nico; Büchner, Bernd; Schmidt, Peer & Hampel, Silke
  
• Inferring the Dy-N axis orientation in adsorbed DySc 2 N@C80 endofullerenes by linearly polarized xray absorption spectroscopy. Physical Review Materials, 7(8).
  Sagehashi, Ryunosuke; Lee, Wei Chuang; Liu, Fupin; Popov, Alexey A.; Muntwiler, Matthias; Delley, Bernard; Krüger, Peter & Greber, Thomas
  
• Understanding the chemistry of 2D rhodium trihalide solid solutions: tuning of optical properties and nanocrystal deposition. 2D Materials, 10(3), 035011.
  Froeschke, Samuel; Schroth, Karl-Georg; Steiner, Udo; Popov, Alexey; Schiemenz, Sandra; Wolf, Daniel; Giebeler, Lars; Gräßler, Nico; Büchner, Bernd; Schmidt, Peer & Hampel, Silke
  
• Correlation of Work Function and Conformation of C80 Endofullerenes on h‐BN/Ni(111). Advanced Materials Interfaces, 11(8).
  Stania, Roland; Seitsonen, Ari Paavo; Jung, Hyunjin; Kunhardt, David; Popov, Alexey A.; Muntwiler, Matthias & Greber, Thomas