SFB 858 B11 - Kooperativität in anorganisch-organischen Hybridsystemen: Steuerung magnetischer Eigenschaften durch Orientierung von Radikalen in Einschlussverbindungen und an Oberflächen (SFB 858)

Grunddaten zu diesem Projekt

Beschreibung

Das Design von rein organischen magnetischen Materialien basierend auf stabilen Radikalmolekülen oder –molekülionen ist ein attraktives Forschungsfeld. Zurückliegende Arbeiten an einer Vielzahl von Nitroxidradikalen und –radikalsalzen haben gezeigt, dass die ungepaarten Spins in den Molekülkristallen sowohl ferro- als auch antiferromagnetische Wechselwirkungen zeigen können. Die magnetischen Eigenschaften können sensitiv durch die Wahl der Substituenten beeinflusst werden, was sich auf die relative Orientierung der Nitroxidreste zweier benachbarter Moleküle zueinander im Molekülkristall auswirkt. Die Ergebnisse sind generell im Einklang mit dem McConnell–Modell, wonach Ferromagnetismus nur dann auftritt, wenn es Elektronendichte-überlapp zwischen Atomen gibt, in denen die Spinpolarisationen unterschiedliches Vorzeichen besitzen. Bislang erstreckten sich die Untersuchungen jedoch ausschließlich auf einfache Molekülkristalle oder ihre supramolekularen Assemblies. Ziel des Teilprojektes ist die Erzeugung und Charakterisierung neuer Materialien mit kooperativen magnetischen Eigenschaften durch räumliche Organisation organischer Radikale und Radikalionen in anorganisch-organischen Hybridsystemen. Im ersten Teil des Projektes sollen die Radikale durch Einlagerung in die zwei-dimensionale Zwischenschicht anorganischer Schichtgitter (Tone, Lanthanoxidchlorid, sulfidische Schichtverbindungen, mesoporöse Materialien) eingelagert werden. Die relative Orientierung der spintragenden Atome (und damit das magnetische Verhalten) resultiert hierbei aus der kooperativen Wechselwirkung zwischen den Radikalspezies untereinander und mit den Atomen und Ladungen im Wirtsgitter. Im zweiten Teil des Projekts sollen die Radikale an Oberflächen orientiert werden, wozu sowohl die kovalente Anbindung als auch Selbstorganisation genutzt werden. Hierzu werden verschiedene Nitroxide synthetisiert, welche zur Anbindung an einen Si-Wafer Alkyltriethoxysilan-Einheiten tragen. Um die durch Aufbau einer Monolage beabsichtigte Ausrichtung der Nitroxide zusätzlich zu unterstützen, werden funktionelle Gruppen in ortho-Position zur N-O-Gruppe positioniert, die in der Lage sind, über schwache Wechselwirkungen oder Wasserstoffbrückenbindungen die Nitroxide zu ordnen und die Monolagen zu stabilisieren. Die angestrebte Kooperativität wird anhand von magnetischen Suszeptibilitätsmessungen nachgewiesen und mittels feldabhängiger Magnetisierungskurven näher charakterisiert. Für die Kontrolle und Steuerung der magnetischen Eigenschaften ist es wichtig, sowohl die Spindichteverteilungen im Molekül als auch die relevanten intermolekularen Wechselwirkungen im Festkörper zu kennen. Mit diesem Ziel sollen moderne Festkörper-NMR-Methoden weiterentwickelt und eingesetzt werden, um die gebildeten Hybridsysteme umfassend strukturell zu charakterisieren.