Magnetisches Zirkulardichroismus-Spektrometer
Final Report Abstract
Es wurde ein sehr leistungsfähiges Magnetozirkulardichroismusspektrometer (MCD-Spektrometer) aus Bestandteilen verschiedener Hersteller aufgebaut. Alleinstellungsmerkmale sind erstens der sehr große Wellenlängenbereich (200-2000 nm), der vom Spektrometer kontinuierlich abgedeckt wird, mit automatischem Detektoraustausch. Zweitens erlaubt das Spektrometer bei sehr tiefen Temperaturen (1,5 K), hohen Magnetfeldern (10 T) und hohen Auflösungen (0,1 nm) zu messen. Damit gehört es zu den leistungsfähigsten Spektrometern dieser Art in der Welt. Das Spektrometer wurde für zwei Hauptziele konstruiert. Das erste Hauptziel war die experimentelle Bestimmung der Kristallfeldaufspaltung in lanthanoidbasierten Einzelmolekülmagneten. Das zweite Ziel war die Untersuchung der magnetischen Anisotropie von übergangsmetallbasierten molekularen Nanomagneten. In den 2,5 Jahren seit der effektiven Inbetriebnahme wurde eine Reihe von lanthanoidbasierten Einzelmolekülmagneten untersucht. Aufgrund der geringen Größe der Kristallfeldaufspaltung stellt deren optischen Bestimmung sehr hohe Anforderungen an die Messgeräte. Trotzdem gelang es, detaillierte Messergebnisse für 13 solcher Verbindungen zu erhalten. Die MCD-Messungen wurden durch Ferninfrarot- , Hochfeld-ESR und Lumineszenzmessungen ergänzt. Dies erlaubte die vollständige Analyse der Kristallfeldaufspaltung. Zudem wurde die Magnetisierungsdynamik von 10 weiteren lanthanoidbasierten molekularen Nanomagneten mittels MCD-detektierter Hystereseschleifen untersucht. Besonders erwähnenswert ist, dass gezeigt werden konnte, dass die Empfindlichkeit der MCD-Messmethode für die Detektion einer einzelnen Monolage ausreicht. Auch wurden mehrere ein- und zweikernige Komplexe des Cobalts(II) und des Eisens(II) untersucht. Hier gelang es mittels der MCD-Messungen die elektronische Struktur eines Einzelionmagneten aufzuklären und dessen Magnetisierungsdynamik eingehend zu verstehen. Schliesslich wurde in Zusammenarbeit eine Anordnung nanoskaliger ferromagnetischer Helices untersucht, wobei gezeigt wurde, dass die geometrische Chiralität direkt mit den magnetischen Eigenschaften koppelt (magnetochiraler Dichroismus).
Publications
- Chiral Nanomagnets. ACS Photonics, 1, 1231–1236 (2014)
S. Eslami, J.G. Gibbs, Y. Rechkemmer, J. van Slageren, M. Alarcón-Correa, T.C. Lee, A. G. Mark, G. L. J. A. Rikken, P. Fischer
(See online at https://doi.org/10.1021/ph500305z) - "Comprehensive Spectroscopic Determination of the Crystal Field Splitting in an Erbium Single-Ion Magnet" J. Am. Chem. Soc., 137, 13114–13120 (2015)
Y. Rechkemmer, J.E. Fischer, R. Marx, M. Dörfel, P. Neugebauer, S. Horvath, M. Gysler, T. Brock- Nannestad, W. Frey, M.F. Reid, J. van Slageren
(See online at https://doi.org/10.1021/jacs.5b08344) - A Four-Coordinate Cobalt(II) Single-Ion Magnet With Coercivity and a Very High Energy Barrier. Nat. Commun. Nature Communications volume 7, Article number: 10467 (2016)
Y. Rechkemmer F.D. Breitgoff, M. van der Meer, M. Atanasov, M. Hakl, M. Orlita, P. Neugebauer, F. Neese, B. Sarkar, J. van Slageren
(See online at https://doi.org/10.1038/ncomms10467)
