Elektronische Zustände von Gasphasen 3d Metallkomplexen

Ein Ausdruck der Quantennatur des Elektrons ist der sogenannte Spin, der experimentell über das magnetische Moment des Elektrons nachweisbar ist. In einem Magnetfeld richtet sich das magnetische Moment und damit der Spin mit oder entgegengesetzt zum Feld aus, man spricht von up-Spin bzw. down-Spin. Da auch benachbarte Elektronen ein Magnetfeld erzeugen, richten sich die Elektronen in einem Atom oder Molekül kollektiv aus, d.h. jedes Elektron hat entweder up- oder down-Spin. In vielen stabilen Molekülen sind genau gleich viele up- und down-Spin Elektronen vorhanden. Unter bestimmten Umständen jedoch und immer, wenn eine ungerade Anzahl an Elektronen vorhanden ist, gibt es einen Überschuss einer Spin- Richtung. Aus der Differenz der Anzahl der Elektronen mit up- und down-Spin ergibt sich der Spinzustand des Systems. In Metallen wie Eisen kann die Summe der Spinüberschüsse vieler einzelner Atome dafür sorgen, dass ein Stück dieses Metalls von einem Magneten angezogen wird. In Metallkomplexen, d.h. chemischen Verbindungen, die ein oder mehrere Metallatome enthalten, können wiederum lokale Spin-Zentren entstehen. Solche Spin-Zentren können in der Katalyse eine Anwendung finden, aber auch in der effizienten Speicherung von Informationen. Ein tieferes Verständnis der Spinzustände solcher Zentren ist deshalb von größtem Interesse für die Anwendung eines Metallkomplexes. Auch wenn Erfahrungswerte und quantenchemische Rechenverfahren oft eine begründete Vermutung zulassen, gibt es doch kein Verfahren, mit dessen Hilfe sich der Spinzustand einer chemischen Verbindung sicher vorhersagen lässt. Gleichzeitig ist bekannt, dass winzige Veränderungen in der Zusammensetzung einer Verbindung großen Einfluss auf die lokalen Spin-Zentren haben können. Ziel dieses Projektes ist, unser Verständnis der Spinzustände molekularer Verbindungen mit einem Spin-Zentrum zu vertiefen und zur Entwicklung verlässlicher Methoden für die Vorhersage von Spinzuständen beizutragen. Zu diesem Zweck werden kleine Moleküle hergestellt und auf ihre Spinzustände untersucht. Dies geschieht durch die Bestrahlung der Moleküle mit Laserlicht verschiedener Energien. Stimmt die Energie des einfallenden Lichts mit der Energie überein, die benötigt wird, um ein einzelnes Elektron in seinen Eigenschaften zu verändern, so kann dies detektiert werden. Zusammen mit quantenchemischen Rechnungen erlaubt dies direkte Rückschlüsse auf den Spinzustand des Moleküls. Um subtile Einflüsse der Umgebung, z. B. eines Lösungsmittels, auf die Moleküle ausschließen zu können, finden alle Experimente im Vakuum statt, sodass die Moleküle völlig isoliert sind. Diese präzise kontrollierten Bedingungen in Kombination mit einem wohlüberlegten Design der untersuchten Moleküle liefern einen wertvollen Datensatz für die systematische Untersuchung und Optimierung der Rechenverfahren zur Vorhersage von Spinzuständen. Am Ende des Projektes soll ein allgemein anwendbares Verfahren für diese Vorhersage zur Verfügung stehen.