Quantenchemische Untersuchungen zur elektronischen Struktur und zum Magnetismus von heterometallischen mehrkernigen Komplexen und Clustern

Es werden quantenchemische Rechnungen eingesetzt, um Konzepte für ein rationales Design von Übergangsmetallverbindungen mit hoher magnetischer Anisotropie, hohem Spin und starken Austauschkopplungen zu entwickeln. Dabei sollen die unterschiedlichen Eigenschaften leichter und schwerer Übergangsmetalle in heterometallischen multinuklearen Übergangsmetallkomplexen kooperativ miteinander kombiniert werden, wobei wir uns an Strukturmotiven orientieren, die einer experimentellen Realisierung (Synthese) zugänglich sind. An Modellsystemen werden Dichtefunktionalmethoden durch ab initio Rechnungen validiert und kalibriert.

Elektronische Theorie für magnetische mehrkernige Komplexe als Logik-Bausteine

In den heutigen Rechnern sind nur die Festplatten magnetisch. Ersetzen der Halbleitertechnologie durch optische Spinmanipulation in Prozessoren und Hauptspeichern kann zu erhöhten Informationsdichten und Geschwindigkeiten führen. Ziel des Vorhabens ist die theoretische Untersuchung mittels quantenmechanischer Wellenfunktionsmethoden von zwei-, drei- und vierzentrigen molekularen Systemen mit Ni, Co und/oder Fe–Atomen als elektronisch und magnetisch aktiven Zentren im Hinblick auf (a) geometrische Struktur, (b) elektronische Niveauschemata, (c) optische Induzierung von Spinschalten und Spintransfer und (d) Funktionalisierung.

Zwei- bis vierkernige Verbindungen mit hochanisotropen paramagnetischen Metallionen

Das Ziel des Forschungsvorhabens besteht in der Synthese und Charakterisierung von kleinen Koordinationsclustern mit zwei bis vier Metallzentren bzw. Metall-Radikal-Einheiten, in denen Kooperativitätseffekte durch delokalisierte Elektronen unter dem Einfluss sehr starker Bahnwechselwirkungen erzeugt werden. Hochanisotrope molekulare Systeme wurden wegen der inhärenten Schwierigkeiten bei der quantitativen Beschreibung des magnetischen und elektronischen Verhaltens größtenteils vermieden, obwohl anisotrope molekulare Systeme hochinteressante physikalische Eigenschaften aufweisen können, wie z.B. die Beobachtung von Einzelmo-lekülmagnetismus (SMM) oder von auf Molekülen basierenden Doppelaustausch-Phänomenen. Das Projekt wird Forschern in der theoretischen Chemie und der Experimentalphysik neuartige Systeme zur Verfügung stellen, wobei die korrekte Beschreibung der Elektronenstrukturen wissenschaftlich eine Herausforderung darstellt.

Konventionelle und Synchrotron-basierte Mössbauer-Spektroskopie an mehrkernigen Spin-Crossover-Komplexen

Das Ziel ist es, neuartige oligonukleare, eisenhaltige Spin-Crossover (SCO)-fähige Komplexe herzustellen und deren Wechselwirkung mit Licht zu studieren. Im Fokus steht die Untersuchung von SCO-Prozessen auch in Kombination mit der Valenztautomerie, deren Ergebnis als Basis für die Entwicklung von molekularen Schaltern genutzt werden könnte. Dazu wird die wechselseitige Beeinflussung (Kooperativität) zwischen SCO- und Nicht-SCO-Zentren untersucht. Zur Charakterisierung der Grund- und der lichtinduzierbaren Zustände der Komplexe werden konventionelle und Synchrotron-gestützte Mössbauer-Spektroskopie eingesetzt.

Magnetismus isolierter, mehrkerniger Übergangsmetallkomplexe in Ionenfallen

Die Spin- und Bahnmomente von dreikernigen Cobalt-Komplexen, ligandenstabilisierten Mangan-Komplexen und endohedralen Siliziumkäfigen [Co₂@Si_16+x]⁺ werden durch röntgeninduzierten magnetischen Circulardichroismus (XMCD) bestimmt (GAMBIT Experiment bei BESSY). Einen komplementären Blickwinkel liefern Schwingungsspektren aus Infrarot-induzierter Multiphotonendissoziation (IR-MPD) und Adsorptions-Desorptions-Gleichgewichte unter Einzelstoßbedingungen (FRITZ Experiment an der RPTU). Rotationsaufgelöste IR-MPD-Spektren ermöglichen eine exakte Temperaturkalibrierung.