Vibrationsinduzierter Molekularer Magnetismus

Wenn in der Molekülphysik von magnetischen Wechselwirkungen die Rede ist, bezieht man sich meist auf Kraftwirkungen zwischen magnetischen Dipolen, die durch Spins oder durch tatsächliche Drehimpulse von elektrisch geladenen Teilchen zustande kommen. Typische Beispiele, die bereits im Atom auftreten, sind die Kopplung von Elektronenspin und Elektronen-Drehimpuls, ein Effekt der zur sogenannten "Feinstrukturaufspaltung" führt, oder die Kopplung von Elektronenspin und Kernspin, welche Anlass zur "Hyperfeinstruktur" in der Spektroskopie gibt. Ein völlig anderes, kaum erforschtes Phänomen, das in seiner Energieaufspaltung mit dem letztgenannten Effekt vergleichbar ist, aber nur in Molekülen mit gewissen Symmetrien auftreten kann, ist die vibrationsinduzierte magnetische Kopplung. Hier wird durch die gleichzeitige Anregung von zwei Molekülschwingungen, die das Molekül periodisch verformen, eine annähernd kreisförmige Modulation der Elektronendichte verursacht. Genau wie im makroskopischen Bild einer stromdurchflossenen Leiterschleife, oder einem Ring rotierender Ladungen, wird durch diese Bewegung ebenfalls ein Magnetfeld erzeugt, das zum Beispiel wieder mit Kernspins koppeln kann. Ziel des Projektes ist es, diese ungewöhnliche Art von magnetischer Wechselwirkung durch Computersimulationen an ausgewählten Molekülen, den sogenannten Phthalocyaninen, besser zu verstehen und langfristig gedacht vielleicht sogar einer Anwendung im Bereich des Quantum Computing zukommen zu lassen. Die Simulationen werden teilweise an Großrechnern durchgeführt, da selbst die korrekte Beschreibung der Freiheitsgrade eines einzelnen Moleküls dieser Größe als quantenmechanisches Vielteilchensystem nach wie vor eine rechentechnische Herausforderung darstellt.