Verknüpfung von Chemie und Physik sowie von Theorie und Experiment bereitet Weg zu molekularer Spintronik
In einer Kombination aus Experimenten und theoretischen Studien wurde die Spindynamik der Clusterverbindung Co+3(EtOH) untersucht um sie für die Spin-Manipulation auf molekularem Level zu nutzen. Zunächst wurde der Cluster Co+3(EtOH, H2O) in der Gasphase gebildet und optisch charakterisiert; die experimentellen Spektren wurden dazu mit errechneten Spektren verglichen. Als experimentelle Methode wurde von der Arbeitsgruppe Gerhards (Fachbereich Chemie) Infrarot (IR)- und Nah-Infrarot (NIR)-Dissoziationsspektroskopie verwendet, als theoretisches Verfahren setzte die Arbeitsgruppe Hübner (Fachbereich Physik) Symmetrie-angepasste Cluster-Konfigurationswechselwirkung ein. Es war das vorrangige Ziel herauszufinden, wie das Ethanol- und das Wasser-Molekül an das Co3+-Metallzentrum binden. Überraschenderweise bildeten sich zwei Isomere: in dem einen sind die beiden Liganden des Clusters an unterschiedliche Kobalt-Atome gebunden, im anderen an dasselbe Kobalt-Atom. Die IR- und NIR-Spektren zeigten Schwingungs- und elektronische Übergänge, die mit den theoretischen Vorhersagen übereinstimmten. In einer nächsten Stufe der Untersuchungen, die sich vor allem auf theoretische Studien stützte, wurden verschiedene Laser-induzierte Spin-Flip Szenarien an den Modellverbindungen entwickelt und in Bezug auf die Laserparameter analysiert. Dies schloss auch die Abschwächung und Verbreiterung des Laserpulses mit ein. Die gefunden Parameter scheinen sich auch gut für experimentelle Studien zu eignen, die demnächst durchgeführt werden sollen.
Die vorliegenden Ergebnisse, die Chemie und Physik sowie Theorie und Experiment kombinieren, können den Weg zur Analyse der optischen Kontrolle von molekularem Magnetismus und darauf aufbauend Spintronik-Anwendungen eröffnen. Die Untersuchungen wurden kürzlich von den beiden OPTIMAS Forschungsgruppen veröffentlicht:
Infrared and electronic absorption spectra as well as ultrafast spin dynamics in isolated Co3+ (EtOH) and Co3+ (EtOH,H2O) clusters
W. Jin, M. Becherer, D. Bellaire, G. Lefkidis, M. Gerhards, and W. Hübner
Phys. Rev. B 89, 144409 (2014)
doi: 10.1103/PhysRevB.89.144409