Theoretische Chemie 2016: Quantenchemie für Einzelmolekülmagnete

Einzelmolekülmagnete: Wellenfunktionsbasierte Multireferenzverfahren ermöglichen eine korrekte Beschreibung der zugrunde liegenden physikalischen Phänomene. Hochleistungslaser: Wellenfunktionsmethoden geben Einblicke in die Dynamik von Elektronen auf der Atto- und Femtosekundenzeitskala. Nanostrukturbildung: Im Fokus molekularer Simulationsmethoden stehen Fragen, wie (Bio-)Polymere Nukleation und Kristallwachstum steuern und wie sich Protein- und Peptidüberstrukturen bilden.

Damit einzelne Moleküle Hysterese zeigen, ist es notwendig, dass eine Energiebarriere für die Relaxation der Magnetisierung vorhanden ist (Abbildung 1). Dazu muss das Molekül einen von Null verschiedenen Gesamtspin S sowie eine magnetische Anisotropie (Nullfeldaufspaltung) aufweisen. Dies ist häufig in Komplexverbindungen offenschaliger Übergangsmetalle und Lanthanoide mit einem oder mehreren Spinzentren der Fall. Diese Spinumkehrbarriere sollte so hoch wie möglich sein. Zurzeit erreichen Einzelmolekülmagnete Barrieren in der Größenordnung von einigen hundert Kelvin. Sehr große Barrieren mit U/k_B bis zu über 1000 K zeigen hochsymmetrische Dysprosiumkomplexe.¹⁾

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