Steuerung der Kooperativität bei Spinübergängen von Molekülen in Kontakt mit Oberflächen

• Antragsteller: Professor Dr. Wolfgang Kuch; Professor Dr. Felix Tuczek
• Fachliche Zuordnung: Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 449723616

Aufgrund der Möglichkeit, ihr magnetisches Moment durch externe Stimuli an- und abzuschalten, sind Spincrossover- (SCO-) Moleküle hochinteressante Kandidaten für programmierbare Baueinheiten in der molekülbasierten Spin-Elektronik. Allerdings müssen die Moleküle für diese Anwendung immobilisiert und kontaktiert werden, was ihre Anbindung an eine feste Oberfläche erfordert. Dementsprechend wurden bereits Mono- und Submonolagen von Spincrossover-Molekülen auf Oberflächen präpariert, z.B. durch Deposition aus der Gasphase, an denen unsere Gruppen und Andere kürzlich sowohl thermische als auch lichtinduzierte Spinschaltung nachweisen konnten. Die Kooperativität, welche im allgemeinen Spinübergänge von SCO-Molekülen in Festkörpern begleitet, ist dabei allerdings meistens nicht vorhanden. Um die Schalteigenschaften von Spincrossover-Molekülen auf Oberflächen zu verbessern, ist es jedoch wünschenswert, Kooperativität auch für diese Systeme herzustellen. Dieses Ziel, welches mit der generellen Frage nach der ultimativen Längenskala zusammenhängt, bei der kooperatives Verhalten noch möglich ist, wird in dem vorliegenden Antrag durch die schrittweise Assemblierung von mononuklearen SCO-Molekülen zu Dimeren, Trimeren und schließlich zu unendlich langen Ketten verfolgt, welche auf Oberflächen aufgebracht und charakterisiert werden. Für die Multimere wird intramolekulare Kooperativität entstehen, welche dann in den oberflächenadsorbierten Molekülen untersucht wird. Polymere, kettenförmige Spincrossover-Verbindungen sind im Festkörper bekannt für Spinübergänge mit hoher Kooperativität. Wir wollen herausfinden, ob sich diese Eigenschaft auch auf Monolagen dieser Polymere auf Oberflächen übertragen lässt. Dazu wird eine Reihe von kettenförmigen SCO-Verbindungen synthetisiert und bezüglich ihrer Abscheidung auf Oberflächen untersucht. Dabei kommen verschiedene Ansätze wie die Abscheidung im Vakuum aus der festen oder der flüssigen Phase sowie die Abscheidung aus der flüssigen Phase bei Umgebungsdruck mittels Dip- oder Spincoating-Techniken, evtl. gefolgt von Verknüpfung auf der Oberfläche, zum Einsatz. Weiterhin werden sowohl horizontale als auch vertikale Geometrien betrachtet. Das Vorliegen von (möglicherweise sogar geordneten) Monolagen polymerer SCO-Verbindungen wird mittels Rasterkraftmikroskopie und Rastertunnelmikroskopie untersucht. Röntgenabsorptions- und Röntgen-Photoemissionsspektroskopie werden verwendet, um das Vorhandensein von Kooperativität beim thermischen oder lichtinduzierten Spinschalten nachzuweisen. Der Grad an Kooperativität lässt sich aus der Steilheit des temperaturinduzierten Spinschaltvorgangs oder anhand einer detaillierten Auswertung der thermischen Rückrelaxation nach optisch induziertem Spinschalten bei niedrigen Temperaturen bestimmen. Die geplanten Untersuchungen zielen auf ein umfassendes Verständnis der Mechanismen ab, welche zu Kooperativität beim Spinschalten von Spincrossover-Materialien auf Festkörperoberflächen führen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen