Robust 3d and 3d-4f metallacrowns with chromium(III) ions and anisotropic lanthanide(III) ions
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Abstract
Quantencomputer und molekülbasierte Elektronik (engl. Spintronic devices) sind bedeutende Anwendungen im Bereich des molekularen Magnetismus, der seit der Entdeckung der langsamen, molekularen magnetischen Relaxation in so genannten Einzelmolekülmagneten (SMMs), intensiv erforscht wird. Zukünftig werden für die digitale Datenverarbeitung sowohl größere Speicherkapazitäten als auch schnellere Leistungen erforderlich sein, die nicht allein durch die weitere Miniaturisierung von Komponenten erreicht werden können. SMMs, die auf Oberflächen aufgebracht werden, können die Dichte von Speichermedien signifikant erhöhen. Eine realistische Anwendung solcher Systeme erfordert die Kontrolle auf molekularer Ebene über eine Schnittstelle zur Außenwelt. Bei Oberflächenauftragung kommt es jedoch häufig zu einer Fragmentierung der fragilen molekularen Koordinationsverbindungen. Dies erklärt, warum es tausende geeignete Moleküle mit SMM Verhalten gibt, jedoch nur ein Bruchteil erfolgreich auf Oberflächen adsorbiert werden konnten und somit für weitere Untersuchungen interessant sind.
Ein spezifisches Liganden-Design ist notwendig, um die Leistungsfähigkeit von lanthanoid-basierten SMMs zu verbessern. Bei der Koordination von Lanthanoiden als Gastionen in Metallakronen (MCs) können hierbei bevorzugte Geometrien (D4d, C5h) geschaffen werden, die das Quantentunneln als Relaxationsprozess der Magnetisierung unterdrücken. MC-Komplexe gehören zu einer innovativen Verbindungsklasse und weisen robuste Eigenschaften in Bezug auf die Integrität des MC-Motivs in Lösung auf. Außerdem zeigen diese kollektive, kontrollierbare, magnetische Spin-Austauschwechselwirkungen, die zu interessanten elektronischen Grundzuständen führen können.
Im ersten Teil dieser Arbeit wurden kinetisch inerte Chrom(III)-Ionen verwendet, um die Stabilität von MCs weiter zu erhöhen. Solche isotropen 3d-Übergangsmetallionen koordinieren in klar definierten Symmetrien, wodurch die Synthese von großen Clustern erleichtert wird. Weiterhin wurden in dieser Arbeit die magnetischen Austauschwechselwirkungen zwischen benachbarten Metallzentren untersucht. Magnetisierungsmessungen ergaben einen Grundzustand mit hohem Spin für eine [9 MC 3] Kavität. Die erste erfolgreiche Synthese von Chrom(III)-Metallakronen ermöglicht die Entwicklung neuer kinetisch und thermodynamisch stabiler MCs. In dieser Arbeit wird durch die Solvothermalsynthese eine Möglichkeit für die Untersuchung verschiedener MCs mit unterschiedlichen Kavitäten, Gast-Ionen und daraus resultierenden magnetischen Eigenschaften geschaffen. Im zweiten Teil dieser Arbeit werden zusätzlich anisotrope Lanthanoid(III)-Ionen verwendet, die als Gastionen der MCs koordiniert werden. Dazu zählen zum Beispiel Dysprosium(III)- und Terbium(III)-Gastionen die einen großen Spingrundzustand S in Kombination mit einer großen magnetischen Anisotropie D aufweisen. Die Synthese von 3d-4f-Komplexen sowie die Einflussfaktoren auf das SMM-Verhalten wurden untersucht. Daher wird in diesem Teil der Arbeit abschließend die Kombination von stabilen Chrom(III)-Ionen mit dem robusten Metallakronen-Netzwerk und anisotropen Lanthanid(III)-Ionen untersucht.