Molekularer Magnetismus Metallakronen-basierter Komplexverbindungen
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Metallakronen erweisen sich aufgrund ihrer besonders spannenden magnetischen Eigenschaften als umfassend geeignete makrozyklische Koordinationsverbindungen in der Magnetochemie. Einige Metallakronen-basierte Komplexe besitzen Eigenschaften von Einzelmolekülmagneten (engl. single-molecule magnets, kurz: SMMs) und zeigen eine langsame magnetische Relaxation. Anwendung finden molekulare Nanomagnete in diversen Bereichen der Physik, Chemie, den Material-wissenschaften und der Nanotechnologie. Dies könnte einen Einsatz solcher molekularen Systeme beispielsweise in der Datenspeicherung, in Quantencomputern als Qubits oder in der Molekular-elektronik ermöglichen.
Während in der Literatur hauptsächlich Lanthanoid(III)-basierte Phthalocyanatkomplexe als poten-tielle Einzelionenmagnete (engl. single-ion magnets, kurz: SIMs) diskutiert werden, sollten in der vorliegenden Arbeit vorrangig Synthesen und Charakterisierungen von 3d-4f-basierten Metalla-kronenkomplexen mit sandwichartiger Struktur erfolgen. Zur Erlangung unterschiedlicher elektronischer und sterischer Eigenschaften wurden vier Derivate der Salicylhydroxamsäure (L3) dargestellt, welche in 3-, 4- bzw. 5-Position funktionalisiert sind. Es handelt sich um die Liganden-systeme 4-Methoxysalicylhydroxamsäure (L1), 5-tert-Butylsalicylhydroxamsäure (L2), 3,5-Di-tert-Butylsalicylhydroxamsäure (L4) und 4-Chlorosalicylhydroxamsäure (L5). Unter Verwendung dieser Liganden konnten insgesamt elf Komplexverbindungen mit einem Metallakronenmotiv erhalten werden. Dabei wurden drei Serien von 3d-4f-Sandwichmetallakronenkomplexen mit den nach-folgenden Summenformeln synthetisiert: (Hpip)5{Ln(III)[12-MCCu(II)N(shi)-4]2(C3H6O)} (LnCuL3 mit Ln = Dy, Tb, Gd), (Hmorph)5{Ln(III)[12-MCNi(II)N(4-OMe-shi)-4]2(morph)(C3H6O)3} (LnNiL1 mit Ln = Tb, Dy) und (Hpip)5{Ln(III)[12-MCCu(II)N(4-OMe-shi)-4]2(C3H6O) (LnCuL1 mit Ln = Dy, Tb, Gd). Jene 3d-4f-Sandwichkomplexe wurden anhand von Einkristall-Röntgenstrukturanalysen strukturell aufgeklärt und anschließend mittels SQUID- und XMCD-Messungen magnetisch charakterisiert. Dabei konnte für alle Dysprosium(III)- bzw. Terbium(III)-Verbindungen ein SMM-Verhalten beobachtet werden.
Diese erstmals dargestellten 3d-4f-Sandwichmetallakronenkomplexe mit Einzelmolekülmagnet-verhalten leisten damit einen wichtigen Beitrag zur Erforschung der Einzelmolekülmagnete. Mittels magnetischer Charakterisierung und entsprechenden Strukturkorrellationen können für die Zukunft weitere Informationen zur erfolgreichen Erhöhung des SMM-Verhaltens erhalten werden, wodurch der aktuelle Wissensstand in diesem Forschungsgebiet weiter vorangetrieben werden kann.