Na poti proti izboljšanim lantanoidnim molekularnim magnetom na osnovi novih "sendvič" kompleksov s poliaromatskimi odljikovodiki
Oznaka in naziv projekta
N1-0327 Na poti proti izboljšanim lantanoidnim molekularnim magnetom na osnovi novih "sendvič" kompleksov s poliaromatskimi odljikovodiki
N1-0327 Towards improved lanthanide-based single-molecule magnets based on novel sandwich complexes with polyaromatic hydrocarbons
Logotipi ARIS in drugih sofinancerjev
Projektna skupina
Vodja projekta: doc. dr. Gašper Tavčar, red. prof. dr. Denis Arčon
Sodelujoče raziskovalne organizacije: Povezava na SICRIS
Sestava projektne skupine: Povezava na SICRIS
Vsebinski opis projekta
Molekularni magneti (SMM) so pritegnili veliko pozornost od prvega odkritja počasne magnetne relaksacije v dodekanuklearni mešano-valentni gruči Mn12O12(OAc)16(H2O)4. So posamezne molekule, ki lahko delujejo kot magnetni delci v nano velikosti. Ti molekularni nanomagneti so molekule, ki kažejo močno magnetno anizotropijo in lahko ohranijo svojo magnetizacijo relativno dolgo pri nizki temperaturi, če poleg ni uporabljenega magnetnega polja. Ker je ta pojav izključno molekularnega izvora, se bistveno razlikuje od običajnih magnetov, kot sta AlNiCo in SmCo5, ki zahtevajo močne magnetne interakcije preko dolgih razdalj. Kot take bi jih lahko uporabili za shranjevanje informacij z visoko gostoto, kvantno računalništvo in molekularno spintroniko. Cilj projekta je sintetizirati nove molekularne magnete (SMM), ki temeljijo na lantanoidnih(Ln) kationih, ki kažejo dobre lastnosti, kot so visoke temperature blokiranja, visoka toplotna bariera in visoko koercivno polje. Pristop, predstavljen v projektu, temelji na nedavnih ugotovitvah, ki kažejo, da imata enoosna simetrija koordinacijske sfere kationa in njegova togost ključno vlogo pri oblikovanju dobrega Ln-SMM. Kot je opisano v nedavni literaturi, so ti dejavniki odgovorni za izjemno delovanje SMM na osnovi Dy z anionskimi Cp*-derivati. Da bi izkoristili te ugotovitve, je cilj projekta sintetizirati vrsto kompleksov Ln s poliaromatskimi ogljikovodiki (PAH) – truksenom in njegovimi derivati. Pričakuje se, da bi ti ligandi, ki temeljijo na prejšnjih raziskavah in naših predhodnih DFT kalkulacijah, tvorili kletkaste strukture okoli Ln kationov s parametri, ki se ujemajo z najboljšimi SMM, sintetiziranimi do zdaj. Poleg tega funkcionalizacija molekule truksena, vključno z njeno redukcijo do anionov ali substitucijami na CH2 mestih okoli osrednjega cikla, ponuja priložnost za nadaljnjo prilagoditev liganda in oblike koordinacijske sfere okrog Ln, da bo dobljena spojina še bolje ustrezala zahtevam dobrega SMM. Različne Ln katione bomo izbrali glede na obliko sfere – podolgovate ali sploščene. Druga spremenljivka, ki vpliva na koordinacijsko sfero lantanoidov in s tem na lastnosti celotnega sistema, bo vrsta uporabljenih anionov: od manjših halogenidov preko večjih AlCl4- do največjih šibko koordiniranih anionov (WCA), kot so perfluorirani alkoksialuminati oz. ariloborati. Poglavitna prednost WCA je v tem, da zagotavljajo skoraj nekoordinrajoče okolje, ki omogoča kationom, da sprejmejo geometrijo, podobno pogojem plinske faze. To bo močno izboljšalo napovedi in analizo lastnosti na podlagi kvantno kemijskih izračunov. Projekt je interdisciplinaren in zahteva sodelovanje strokovnjakov iz različnih vej znanosti. Prve naloge bodo vključevale sintezo truksena in njegovih derivatov – vključno s triazatruksenom in anionskih truksenov z naboji med -1 in -3. Naslednji korak bo uporaba sintetiziranih spojin za tvorbo kompleksov z lantanoidnimi kationi. Po njihovi sintezi in karakterizaciji, s poudarkom na določitvi kristalne strukture, bodo spojine Ln-truksena proučene v kontekstu njihovih magnetnih lastnosti, zlasti njihovih SMM lastnosti. Kljub temu, da to ni glavni cilj projekta, bodo določene fluorescenčne lastnosti sintetiziranih spojin, saj lahko takšni Ln-PAH sistemi kažejo močno fluorescenco. Eksperimentalne rezultate bomo preverili s kvantno kemijskimi izračuni, ki bodo omogočili vpogled v njihovo elektronsko strukturo. Projekt naj bi prinesel številne rezultate zelo pomembne za širšo znanstveno skupnost. Če se izkaže, da je učinkovitost SMM katere koli od sintetiziranih spojin vsaj primerljiva s trenutno najboljšimi SMM, bo to lahko objavljeno v revijah z visokim faktorjem vpliva. V primeru, da pa sintetizirane spojine ne bodo kazale lastnosti SMM, bodo rezultati vključevali sintezo za vrsto novih Ln-PAH spojin, ki so trenutno zelo redke.
Osnovni podatki sofinanciranja so dostopni na spletni strani SICRIS.
Faze projekta in opis njihove realizacije
1. Faza
2. Faza
3. Faza