3d-Metal Talk - Verbindung von Eisen-Spin-Crossover und Chrom-Lumineszenz

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Matthias Bauer; Professorin Dr. Katja Heinze; Professorin Dr. Vera Krewald
• Fachliche Zuordnung: Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 561088918

Molekulare Übergangsmetallkomplexe, insbesondere Eisen(II)-Spin-Crossover (SCO)-Komplexe, sind ideale Bausteine für die Entwicklung von Spinzustands-Schaltern in einer Bottom-up-Strategie für künftige Anwendungen in der Datenspeicherung, Spintronik oder Quantenberechnung. Das optische Auslesen und die optische Manipulation bleiben jedoch eine Herausforderung. Molekulare Rubine, d. h. Chrom(III)-Komplexe mit maßgeschneiderten Ligandenfeldern, haben scharfe Spin-Flip (SF)-Lumineszenzbänder mit hoher Quantenausbeute. Ein attraktives Szenario für ein schaltbares magnetisches Material mit optischer Auslesemöglichkeit ist daher die Kombination von SF-lumineszierenden molekularen Rubinen mit Fe(II) oder Cr(II)-SCO-Komplexen, wobei der geschaltete Zustand entweder durch klassische Untersuchung der magnetischen Eigenschaften oder statische und zeitaufgelöste Lumineszenzmessungen ausgelesen werden kann. Durch die Kombination von Synthese, ultraschnellen Pump-Probe- und Röntgenspektroskopien und quantenchemischen Analysen werden wir systematisch Filter-, Antennen- und Quenching- sowie magnetische und mechanische Effekte auf die Schalteigenschaften dieser molekularen SCO-SF-Kombinationen untersuchen. Neben der Emissionsintensität werden wir die Emissionsenergien und -lebensdauern für die Auslesung nutzen, die möglicherweise empfindlicher auf Änderungen des Spinzustands reagieren als die Emissionsintensität allein. Synthetische Ziele sind SF-Emitter und SCO-Einheiten auf der Grundlage molekularer Eisen- und Chromkomplexe, die als Ionenpaare, verbrückte heterobimetallische Komplexe und gemischt-valente Chrom(III,II)-Salze zusammengesetzt sind. Ihre magnetischen und spektroskopischen Eigenschaften werden Aufschlüsse über ihr SCO und responsives SF-Luminenzverhalten liefern. Die Dynamik angeregter Zustände auf kurzen und langen Zeitskalen wird durch Emission bei variabler Temperatur und transiente Absorptionsspektroskopie untersucht werden. Komplementäre röntgenspektroskopische Studien im festen Zustand und in Lösung werden Einblicke in die strukturelle und elektronische Entwicklung über die SCO-Kurve und den Einfluss des Fe-Spin-Zustands auf die Dynamik des angeregten Zustands von Cr liefern. Quantenchemische Untersuchungen werden sich auf strukturelle Einflüsse und Temperatureffekte auf diese Eigenschaften in repräsentativen Ensembles konzentrieren und ein Proof-of-Concept für die Erweiterung des kürzlich vorgeschlagenen ab initio-Ansatzes zur Quantifizierung der Marcus-Hush-Theorie auf Mechanismen der Anregungsenergieübertragung entwickeln. Durch die strategische Kombination von Expertise in den Bereichen Synthese, Spektroskopie und Quantenchemie erwarten wir, dass dieses Projekt molekulare SCO-Chromophor-Kombinationen liefern wird, bei denen die SCO-Spinpopulation mit hohem Kontrast unter Verwendung verschiedener Auslesekanäle des SF-Emitters bestimmt werden kann.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2491: Interaktives Schalten von Spinzuständen