Schalten von Spin-Zuständen in dreikernigen, austauschgekoppelten Systemen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Karin Fink; Professor Dr. Winfried Plass; Professor Dr. Ralf Röhlsberger
• Fachliche Zuordnung: Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 561223321

Koordinationsverbindungen, die zwischen verschiedenen Spin-Zuständen schalten können, haben aufgrund ihres Potenzials in der molekularen Spintronik erhebliches Interesse geweckt. Diese Systeme ermöglichen die Kontrolle über magnetische Eigenschaften, die für die Entwicklung molekularer Bauelemente genutzt werden können. Spin-Crossover-(SCO)-Verbindungen sind eine prominente Unterklasse molekularer Magnete, die reversible Übergänge zwischen Low-Spin- (LS) und High-Spin-Zuständen (HS) an spezifischen Metallzentren erlauben. Trotz umfangreicher Untersuchungen zu kooperativen Effekten in Kristallen ist weniger über Schaltprozesse und deren Kooperativität in polynuklearen Komplexen bekannt. Multinukleare Systeme mit Austauschkopplung zwischen Metallzentren sind nahezu unerforscht. Dieses Projekt untersucht interaktives Schalten zwischen Spin-Zuständen in trinuklearen Komplexen mit Triaminoguanidin-Ligandgerüsten, die starke Austauschkopplungen zwischen drei Metallzentren in einer C3-symmetrischen Anordnung ermöglichen. Wir werden lichtinduzierte Prozesse, die Dynamik individueller Schaltvorgänge und den Einfluss externer Stimuli, insbesondere elektrischer Felder, auf die Effizienz des Schaltens, analysieren. Der Fokus liegt auf homonuklearen Systemen mit Eisen(II)- und Eisen(III)-Zentren, die zwischen HS- und LS-Zuständen schalten können. Die Eisen(III)-Systeme zeigen voraussichtlich spin-frustrierte Grundzustände aufgrund antiferromagnetischer Wechselwirkungen zwischen halbzahligen Spins, was die Schaltprozesse beeinflussen könnte. Zudem synthetisieren wir heteronukleare Komplexe, um die Effekte eines nicht-magnetischen, photoresponsiven Metallzentrums zu untersuchen und diese Zentren als Photosensibilisatoren einzusetzen. Das Triaminoguanidin-Gerüst mit seiner C3-Symmetrie erlaubt eine effiziente Austauschkopplung zwischen den Metall-Ionen, während seine strukturelle Flexibilität die elektronische und vibronische Kommunikation ermöglicht, die für die Fortpflanzung der Spinzustandsübergänge entscheidend ist. Das Projekt gliedert sich in drei Hauptarbeitsbereiche: (i) Synthese maßgeschneiderter homo- und heteronuklearer dreikerniger Komplexe, (ii) zeitaufgelöste spektroskopische Methoden zur Beobachtung der Spin-Zustands-Dynamik und der molekularen Struktur und (iii) theoretische Studien zur elektronischen Struktur und den Spin-Zustands-Übergängen. Die neu synthetisierten Komplexe werden einer umfassenden strukturellen und magnetischen Charakterisierung unterzogen, einschließlich Einkristall-Röntgenstrukturanalyse, SQUID-Magnetometrie, Mößbauer-Spektroskopie und ESR-Spektroskopie. Zeitaufgelöste Messungen an der Synchrotron-Beamline P01, PETRA III, DESY, erfassen die Entwicklung der molekularen, vibronischen und elektronischen Strukturen unter verschiedenen Stimuli. Dieser kombinierte Ansatz wird neue Einblicke in die Dynamik des Schaltens von Spin-Zuständen liefern und die Entwicklung energieeffizienter, spinbasierter Bauelemente vorantreiben.

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