Intramolekulare Wechselwirkungen in zwei- und dreikernigen Fe(II) Spin-Crossover-Komplexen - Röntgenabsorptions-, quanten-chemische und THz-spektroskopische Untersuchungen

• Antragsteller: Professor Dr. Wolfgang Kuch; Professor Dr. Frank Neese; Professor Dr. Felix Tuczek
• Fachliche Zuordnung: Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Theoretische Chemie: Moleküle, Materialien, Oberflächen
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 561091420

Aufgrund der Möglichkeit, ihr magnetisches Moment durch externe Stimuli an- und abzuschalten, sind Spincrossover- (SCO-) Moleküle hochinteressant für Anwendungen, zum Beispiel als programmierbare Baueinheiten in der molekülbasierten Spin-Elektronik. Eine wichtige Eigenschaft ist dabei die Kooperativität des Spin-Schaltverhaltens, die in Volumenmaterialien meistens durch elastische Wechselwirkungen zwischen den Molekülen hervorgerufen wird. Außer durch solche intermolekularen Wechselwirkungen können aber auch intramolekulare Wechselwirkungen in mehrkernigen SCO-Komplexen zu kooperativem Verhalten führen. Im vorliegenden Projekt soll durch das Zusammenwirken von chemischer Synthese, spektroskopischer Untersuchung und quantenchemischer Simulation ein grundlegendes Verständnis des Spinschaltens in mehrkernigen SCO-Komplexen inklusive des Einflusses der Umgebung erhalten werden, um damit einerseits die Schaltbarkeit zu verbessern und andererseits eine größere Schaltresponse zu erhalten. Dazu werden neue zwei- und dreikernige Fe(II)-Komplexe synthetisiert, bei denen die einzelnen Fe(II)-Zentren SCO-Eigenschaften aufweisen und durch kleine aromatische Brückeneinheiten miteinander verbunden sind. Diese Systeme werden dann mittels Röntgenabsorptionsspektroskopie und der für die Untersuchung von SCO-Molekülen neuen Methode der Fouriertransformations-THz Elektronen-paramagnetischer Resonanzspektroskopie untersucht und mit denen der entsprechenden einkernigen Analoga verglichen. Begleitet und gestützt werden diese Untersuchungen durch hochentwickelte quantenchemische Rechnungen. Dabei werden sowohl die Volumenmaterialien als auch dünne Filme auf Festkörperoberflächen, bis hin zu Submonolagen, betrachtet. Für letztere werden die Komplexe im Ultrahochvakuum auf Festkörperoberflächen abgeschieden. Dies geschieht, falls möglich, durch thermische Verdampfung, andernfalls durch gepulste Flüssigkeitsstrahlinjektion. Ziel ist, die temperatur- und lichtinduzierten SCO-Eigenschaften zu bestimmen, insbesondere, ob ein vollständiges oder nur ein partielles Schalten von einzelnen Fe(II)-Zentren erreicht werden kann. Des weiteren sollen die Art und die Stärke der intramolekularen magnetischen Wechselwirkung experimentell bestimmt und theoretisch reproduziert werden und eine mögliche magnetische Kopplung zwischen den Molekülen und einem ferromagnetischen Substrat untersucht werden. Von besonderem Interesse ist, ob es Anzeichen für eine vibronische Kopplung zwischen den einzelnen Fe(II)-Zentren gibt.

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