Ab initio- und Modell-Untersuchungen freier und deponierter magnetischer Moleküle

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Dieses Projekt deckt eine Vielzahl von Aufgaben ab. Die Kernaufgabe wird darin bestehen, als Querschnittsprojekt für mehrere der experimentellen Projekte innerhalb der Forschergruppe die theoretische Modellierung auf breiter Basis zu übernehmen. Auf diese Weise wird eine enge Verzahnung zwischen Theorie und Experiment gewährleistet. Außerdem werden im Rahmen dieses Projektes auch die Syntheseziele der Gruppe von Professor A. Müller mitverfolgt, da diese in einem langjährigen und sehr fruchtbaren Zusammenhang mit den theoretischen Untersuchungen von Professor Schröder und Professor Schnack stehen. Für die Syntheseprojekte fallen allerdings in diesem Projekt keine Kosten an. Die zentralen Untersuchungsgegenstände werden die hochsymmetrischen Anordnungen paramagnetischer Zentren in den Polyoxometallaten {Mo72Fe30} (S = 5/2), {Mo72Cr30} (S = 3/2) und {Mo72V30} (S = ½) mit ikosidodekahedraler Struktur sein. Für diese hochsymmetrischen frustrierten Spingitter hat man eine Reihe besonderer Eigenschaften festgestellt. Dazu gehören ungewöhnliche Magnetisierungssprünge, Magnetisierungsplateaus, Minima der differenziellen Suszeptibilität und Häufungen von Singletts unterhalb des ersten Triplett-Niveaus. Die sphärischen Systeme haben Modellcharakter für das Kagomé-Gitter. Im Lichte der mehr angewandten Materialwissenschaften stellen allerdings magnetische Moleküle mit erniedrigter Symmetrie die realistischeren und darum interessanteren Konkretisierungen dar. Solche Symmetrieerniedrigungen können auf verschiedenen Wegen erzielt werden: durch Wechselwirkung mit eingekapselten Liganden, durch stufenweise Substitution verschiedener paramagnetischer Ionen, durch den Einbau von Ionen mit unterschiedlichen Oxidationsstufen oder durch die Wechselwirkung mit Oberflächen. Sehr attraktiv ist weiterhin die Untersuchung des Magnetismus von zweidimensionalen Gittern magnetischer Moleküle, in denen molekulare Eigenschaften und kollektive Phänomene (Phasenübergänge) zusammen auftreten können. Zu den Untersuchungen der Polyoxometallate aus der Gruppe von Professor A. Müller kommt die Modellierung der in der Gruppe von Professor Glaser (Projekt P1) synthetisierten Einzelmolekülmagnete vom Typ Mt6Mc hinzu. Die theoretischen Untersuchungen werden auf verschiedenen Modellebenen stattfinden: mittels Dichtefunktionaltheorie auf elektronischer Ebene und mittels klassischer Spindynamik sowie quantenmechanischer Beschreibung auf der Ebene von Heisenberg-artigen Hamiltonoperatoren.