Molekular- und Spin-Dynamik in Dimetallofullerenen mit Einzelelektronen-Metall-Metall-Bindung

• Antragsteller: Dr. Alexey A. Popov
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 465078163

Die Stabilisierung der Einzelelektronen-Metall-Metall-Bindung zwischen Seltenerdmetallen in Dimetallofullerenen führt zu luftstabilen paramagnetischen Molekülen mit ungewöhnlichen Spineigenschaften. In diesen Molekülen werden eine riesige Hyperfeinkopplung und ein System genau definierter Elektron-Kern-Spin-Spiegel kombiniert, wobei der Spin im schützenden Kohlenstoffkäfig eingeschlossen wird, was ihn chemisch stabil macht, aber die Adressierung und Manipulation der Spinzustände mit externen Stimuli ermöglicht. Diese Kombination von Eigenschaften eröffnet einen Weg zur Implementierung solcher Fullerenmoleküle in supramolekulare Architekturen und spintronische Bauelemente mit potenziellen Anwendungen für Quantencomputer, spinpolarisierten Transport oder Magnetfeldabtastung. Diese Anwendungen erfordern eine verbesserte Kontrolle der statischen und dynamischen Spineigenschaften von Dimetallofullerenen wie g- und Hyperfeintensoren, Spin-Gitter- und Spin-Spin-Relaxationszeiten sowie Dekohärenzmechanismen. Die Variabilität der Molekülstruktur und Dynamik von Metallatomen im Fulleren hat ebenfalls einen starken Einfluss auf die Spineigenschaften. In diesem Projekt die Expertise des Leibniz-Instituts für Festkörper- und Materialforschung (IFW Dresden) in der Synthese und Charakterisierung von endohedralen Metallofullerenen und ihren Derivaten sowie die Kompetenz des physikalisch-technischen Instituts von Zavoisky (KPhTI Kazan, Subdivision of Science, Bundesforschungszentrum «Das Kasaner Wissenschaftliche Zentrum der Russischen Akademie der Wissenschaften») in fortgeschrittenen kontinuierlichen und gepulsten EPR-Studien und Spinmanipulation in molekularen Materialien wird kombiniert, um ein grundlegendes Verständnis der Beziehung zwischen molekularer und Spin-Dynamik in Dimetallofullerenen mit Einzelelektronen-Metall-Metall zu entwickeln. Um dieses Ziel zu erreichen, wird IFW Dresden die Synthese und Trennung solcher Dimetallofullerene optimieren und eine Reihe neuer Verbindungen mit verschiedenen Metallen und deren Kombinationen, verschiedenen Fullerenkäfigen und verschiedenen exohedralen Funktionalisierungen herstellen. KPhTI Kazan wird die Spin-Eigenschaften dieser Verbindungen mit Dauerstrich- und gepulsten EPR-Methoden bei verschiedenen Temperaturen, Banden sowie in verschiedenen Umgebungen und Matrizen detailliert untersuchen. Eine umfassende Analyse der strukturellen und spektroskopischen Daten beider Gruppen wird Korrelationen zwischen der Molekülstruktur, den statischen Spinparametern, der Molekulardynamik sowie der Spin-Dynamik und den Dekohärenzmechanismen herstellen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Russische Föderation
• Partnerorganisation: Russian Science Foundation, bis 3/2022
• Kooperationspartner: Dr. Ruslan B. Zaripov, bis 3/2022