New building blocks for molecular spintronics [Elektronische Ressource] / von Eike T. Spielberg

Eike Torben Spielberg

Informations

• Publié par: friedrich-schiller-universitat_jena
• Publié le: 01 janvier 2010
• Nombre de lectures: 54
• Langue: Deutsch
• Poids de l'ouvrage: 8 Mo

Extrait

NewBuildingBlocksfor
MolecularSpintronics
Dissertation
zur Erlangung des akademischen Grades doctor rerum naturalium
(Dr. rer. nat.)
vorgelegt dem Rat der Chemisch-Geowissenschaftlichen Fakultat¨ der
Friedrich-Schiller-Universitat¨ Jena
von Dipl. Chem. Eike T. Spielberg
geboren am 27. April 1981 in Rotenburg (Wumme)¨Gutachter:
1. Professor Dr. Winfried Plass, Institut fur¨ Anorganische und Analytische Chemie,
Friedrich-Schiller-Universitat¨ Jena, Deutschland
2. Professor Dr. Jur¨ gen Popp, Institut fur¨ Physikalische Chemie, Friedrich-Schiller-
Universitat¨ Jena, Deutschland
3. Professor Dr. Jirˇ´ı Pinkas, Departement of Chemistry, Masaryk University, Brno,
Tschechien
Tag der of¨ fentlichen Verteidigung: 9. Dezember 2009Wir mussen¨ uns damit abfinden, dass wir vielleicht nicht alles verstehen konnen¨ .
— Wir konnen¨ aber versuchen, so viel wie moglich¨ zu verstehen!gewidmet Gunter¨ SpielbergDanksagung
An erster Stelle mochte¨ ich meinem Betreuer Prof. Dr. Winfried Plass danken: Fur¨ seine
dauerhafte Unterstutzung¨ und seine vielfaltigen¨ Ratschlage.¨ Dafur¨ , dass er mir so viele
Tagungsbesuche ermoglicht¨ hat. Dafur¨ , dass er mir Raum und Moglichkeiten¨ gegeben
hat, meine vielen Ideen auszuprobieren und auf ihre nicht immer vorhandene Alltags-
tauglichkeit zu testen. Fur¨ seine zahlreichen fachlichen und nicht-fachlichen Gesprache¨
und Ratschlage.¨ Vielen Dank!
Des Weiteren mochte¨ ich Prof. Dr. Jur¨ gen Popp fur¨ die Anfertigung des Zweitgutach-
tens und Prof. Dr. Jirˇ´ı Pinkas fur¨ die Anfertigung des Drittgutachtens danken.
Fur¨ die finanzielle Unterstutzung¨ meiner Arbeit mochte¨ ich neben der Universitat¨ Je-
na der Deutschen Forschungsgemeinschaft im Rahmen des Sonderforschungsberei-
ches 436 ( Metallvermittelte Reaktionen nach dem Vorbild der Natur“), der Gradu-
”
iertenfor¨ derung des Freistaats Thuringen,¨ der Marie-Curie-Trainings Site Laboratorio
”
della Magnetismo Moleculare“ in Florenz und besonders der Carl-Zeiss-Stiftung dan-
ken, ohne die diese Arbeit nicht moglich¨ gewesen war¨ e. Fur¨ sonstige finanzielle Un-
terstutzung¨ mochte¨ ich zudem der Deutschen Forschungsgemeinschaft im Rahmen der
Schwerpunktprogramme 1137 ( Molecular Magnetism“) und 1166 ( Lanthanoidspezi-
” ”
fische Funktionalitaten¨ in Molekul¨ und Material“) danken.
Mein besonderer Dank gilt weiterhin den Studenten und Mitarbeitern des Laboato-
”
rio della Magnetismo Moleculare“ fur¨ die schone¨ und sehr lehrreiche Zeit, die ich dort
verbringen durfte. Ich danke Dante Gatteschi fur¨ die Betreuung, Maria Fittipaldi fur¨
die Zusammenarbeit und ganz besonders Lorenzo Sorace fur¨ seine nimmermuden¨ Er-
klar¨ ungen, seine große Unterstutzung,¨ die vielen Diskussionen und die Hilfe bei der
Prasentation¨ der Ergebnisse. Und naturlich¨ all denen, die mir die Zeit dort unvergess-
lich haben werden lassen: Pine, Pone, Rafael, Kevin, Fabrice, Federico, Lapo und Dia-
na. Andrea Caneschi mochte¨ ich fur¨ seine gute Organisation und Hilfestellung bei allen
formalen Dingen danken.
vIch mochte¨ allen wissenschaftlichen und technischen Mitarbeitern der chemischen In-
stitute der Universitat¨ Jena fur¨ die Durchfuhr¨ ung der verschiedenen Analysen dan-
ken. Mein Dank gilt dabei in besonderem Maße all denen, die die vielfaltigen¨ magne-
tischen Messungen durchgefuhrt¨ haben, zusammen mit mir experimentelle Strategi-
en ersonnen haben und trotz meiner vielen Sonderwunsche¨ immer noch mit mir zu-
sammengearbeitet haben. Im Besonderen danke ich Barbel¨ Rambach und Dr. Manfred
Friedrich fur¨ die zahlreichen ESR-Sitzungen, Dr. Axel Buchholz fur¨ die gute Zusam-
menarbeit bei der Fehlersuche am SQUID, fur¨ die Messungen und fur¨ die Zusammen-
arbeit bei der Auswertung. Die großte¨ Leidtragende meiner (oder mir geschuldeten)
vielen Messauftrage¨ war zweifellos Christa Falbel,¨ ihr gilt daher mein ganz besonde-
rer Dank, haben doch immer neue Antrage,¨ immer neue Sequenzwunsche¨ und immer
¨neue Verbindungen ihr eine Uberstunde nach der nachsten¨ beschert. Dafur¨ ganz herz-
lichen Dank!
Ich mochte¨ weiterhin Linda Zedler, Susann Klimas und Bjorn¨ Gebser danken, die im
Rahmen ihrer Forschungspraktika wertvolle Beitrage¨ zu dieser Arbeit geleistet haben.
Außerdem mochte¨ ich mich bei der Morgengruppe (Lotte, Christa, Kristin und Ja-
na) bedanken. Den ubrigen¨ Arbeitsgruppenmitgliedern danke ich fur¨ die ausgespro-
chen gute Arbeitsatmosphar¨ e und die vielfaltigen¨ Unternehmungen. Ganz besonde-
rer Dank gilt dabei naturlich¨ Daniel DCDP fur¨ die sehr gute Zusammenarbeit, die
vielfaltigen¨ Diskussionen, die Geduld bei synthetischen Fragen und das ein oder an-
dere FAB. Ute und meinem Vater danke ich zudem fur¨ das Korrekturlesen dieser Ar-
beit.
¨ ¨Mein großter Dank gilt allerdings meiner Familie und meinen Freunden fur die un-
bezahlbare Unterstutzung,¨ die ich in dieser nicht immer einfachen Zeit erfahren ha-
be.
viContents
1 Introduction 1
1.1 Magnetism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1.1 What is magnetism? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1.2 Where does magnetism come from? . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.1.3 And what is it good for? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.2 Quantum Computing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.3 Building Blocks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Results 21
2 New Functionalities 21
2.1 Complexes Based on Triphenylamines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.1.1 Synthesis and Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.1.2 Electronic Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.1.3 Magnetic Pr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.2 Magnetic Anomaly in Dinuclear Copper Complexes . . . . . . . . . . . . 35
2.2.1 Synthesis and Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.2.2 Magnetic Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.2.3 ESR Spectroscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.2.4 Theoretical Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.3 Outlook . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3 New Building Blocks 49
3.1 Carbazole Containing Complexes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
3.1.1 Ligand Synthesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
3.1.2 Complexes with Unsubstituted Ligand . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.1.3 with Substituted Ligand . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
viiContents
3.2 Sulfonated Mesalen-type Complexes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
3.2.1 Ligand Synthesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
3.2.2 Complex Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
3.2.3 Magnetic Properties of Copper Dimer Chain . . . . . . . . . . . . 79
3.3 Magnetic Properties of Substituted Triaminoguanidine Ligands . . . . . 81
3.3.1 Properties of Unsubstituted Trinuclear Copper Complex . . . . . 81
3.3.2 Pr of Substituted Trinuclear Copper Complex . . . . . . . 86
3.4 Outlook . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
4 Linked Building Blocks 99
4.1 Highly Symmetric Copper Complex . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
4.1.1 Synthesis and Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
4.1.2 Magnetic Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
4.1.3 ESR Spectroscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
4.2 Magnetic Properties of 1-D Copper – Lanthanide Chains . . . . . . . . . 111
4.2.1 Synthesis and Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
4.2.2 Theoretical Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
4.2.3 Magnetic Properties — In General . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
4.2.4 Pr — Without Angular Momentum . . . . . . . 116
4.2.5 Magnetic Properties — With Angular . . . . . . . . . 121
4.3 Magnetic Properties of Pentanuclear Complexes . . . . . . . . . . . . . . 126
4.3.1 Synthesis and Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
4.3.2 Magnetic Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
4.4 Outlook . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
5 Summary / Zusammenfassung 137
5.1 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
5.1.1 New Functionalities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
5.1.2 New Building Blocks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
5.1.3 Linked Blocks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
5.2 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
5.2.1 Neue Funktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
5.2.2 Neue Bau