Synthese und Spinstruktur dreikerniger Metallkomplexe mit Brückenliganden auf der Basis des Triaminoguanidingerüsts

• Antragsteller: Professor Dr. Winfried Plass
• Fachliche Zuordnung: Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 549658201

Ziel des Projekts ist die Entwicklung neuer magnetischer Moleküle mit Spinstrukturen für spintronische Anwendungen. In diesem Zusammenhang wurden spinfrustrierte Systeme und Komplexe mit konkurrierenden magnetischen Austauschwechselwirkungen als geeignete Kandidaten vorgeschlagen. Ein entscheidender Vorteil solcher molekularer Nanomagnete ist die potentielle Wechselwirkung ihrer Spinstruktur mit elektrischen Feldern, eine einzigartige Eigenschaft, die besonders attraktiv ist, da elektrische Felder mit viel höherer räumlicher Präzision appliziert werden können als magnetische Felder. Daher ist eines der primären Ziele dieses Projekts, Beispiele entsprechender Nanomagnete zu generieren, um experimentell den Nachweis zu erbringen, dass die Spinstruktur durch elektrische Felder beeinflusst werden kann, auch ohne die Notwendigkeit zusätzlicher molekularer Wechselwirkungen wie der Spin-Bahn-Kopplung. Frühere Ergebnisse haben gezeigt, dass Triaminoguanidin-basierte Liganden mit ihrer starren dreizähligen Molekülsymmetrie eine perfekte Brückeneinheit für die effiziente Übertragung magnetischer Austauschwechselwirkungen darstellen. Auf dieser Grundlage schlagen wir vor, diese Brückeneinheit für die Synthese neuer molekularer Spindreiecke einzusetzen, um (i) den Einfluss der elektronischen Konfiguration der verwendeten Übergangsmetallionen und (ii) die Möglichkeit der Generierung höherer nuklearer Aggregate mit konkurrierenden magnetischen Wechselwirkungen zwischen den Spin-Zentren zu untersuchen. Der Einsatz elektronenarmer Übergangsmetallionen sollte zu ferromagnetischen Wechselwirkungen innerhalb der Dreiecksanordnungen führen und so eine Grundlage für neue Moleküle mit hohem Spin-Grundzustand schaffen, während die Systeme mit einem konkurrierenden magnetischen Austausch die gewünschten Spin-elektrischen Effekte zeigen sollten. Um letzteres zu untersuchen, werden nicht standardmäßig verfügbare Techniken zur Einbeziehung elektrischer Felder in die ESR-Spektroskopie durch selbst entwickelte Lösungen implementiert und zur Charakterisierung der neuen Verbindungen eingesetzt. Da die Abwesenheit kristallographischer Inversionssymmetrie eine Voraussetzung für die Beobachtung von Spin-elektrischen Effekten an Einkristallen durch elektrisch-feldmodulierte (EFM) ESR-Spektroskopie ist, sollen gezielte Routen zur Erzeugung azentrischer Kristalle untersuchen werden. Für die neuen Verbindungen wird eine vollständige magnetische Charakterisierung durchgeführt, die neben der ESR-Spektroskopie auch die Messung der magnetischen Suszeptibilität sowie der statischen und dynamischen Magnetisierung umfasst. Weitere Erkenntnisse über die elektronische Struktur der neuen molekularen Magnete werden durch quantenmechanische Berechnungen gewonnen. Die in diesem Projekt synthetisierten molekularen Nanomagnete bieten über die mögliche Wechselwirkung ihrer Spin-Struktur mit elektrischen Feldern Optionen für grundlegend neue Ansätze in der molekularen Spintronik.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen