Molekulare Nanomagnete

Warum Molekulare Nanomagnete? Molekulare Nanomagnete sind Molekülkomplexe, in denen mehrere magnetische Übergangs-Metallionen durch organische Liganden so zusammengehalten werden, dass sich wohldefinierte Cluster ergeben. Man hat Moleküle mit bis zu 84 Metallionen synthetisiert, aber typischerweise liegt ihre Anzahl im Bereich von 6-20. Häufig verwendete Ionen sind Cr, Mn, Fe, Ni, oder Cu. Warum interessieren wir uns für diese Moleküle? Zunächst einmal sind sie nett anzusehen, wie die obige Galerie in der Homepage zeigt (die roten Kugeln stehen für die magnetischen Ionen). Natürlich gibt es aber auch gute wissenschaftliche Gründe, um sie zu studieren: Ihre Größe liegt im Bereich von einigen Nanometern, und diese Moleküle sind deshalb Nanomaterialien. Weiterhin sind ihre herausragenden physikalischen Eigenschaften, wie z.B. ihr Magnetismus, manchmal auffallend quantenmechanischer und ein andermal rein klassischer Natur. Diese Moleküle liegen also tatsächlich im Übergangsbereich zwischen der quantenmechanischen und der klassischen Welt. Die Kombination dieser beiden Aspekte, Nanogröße sowie klassisches und quantenmechanisches Verhalten, macht für uns die physikalische Faszination dieser Moleküle aus. Darüber hinaus ist es schwer, sich eine zukünftige molekulare Elektronik ohne molekularen Magnetismus vorzustellen. Magnetische Funktionalität auf molekularem Level hat offensichtlich ein hohes Potential für zukünftige Anwendungen. Sogar ihr Einsatz in der Quanteninformationstechnologie wurde vorgeschlagen. Zum Beispiel, könnte man sie als Qubits, den elementaren Einheiten von Quantencomputern, benutzen. Zu guter Letzt ist die Thematik der Molekularen Nanomagnete recht neu, und damit ein sehr lebhaftes Forschungsgebiet. Wirklich begonnen hat ihre Erforschung erst im Jahre 1993 mit der Entdeckung der langsamen Relaxation der Magnetisierung in dem Molekül Mn_{12}. Es ist deshalb nicht verwunderlich, dass Mn_{12} das bei weitem bekannteste und am intensivsten untersuchte magnetische Molekül ist. Unterhalb einer Blocking-Temperatur von ungefähr 3.5 K zeigt Mn_{12} eine langsame Relaxation der Magnetisierung, mit einer Relaxationszeit von ungefähr einem Monat bei 2 K. Das, und die Beobachtung von Quantentunneln der Magnetisierung, wurden auf einen rein molekularen Ursprung zurückgeführt, und daher wurde die Bezeichnung Single-Molecule Magnets (SMMs) für diese Klasse von Molekularen Nanomagneten geprägt. Es ist nicht überraschend, dass diese Entdeckungen sofort große Erwartungen, z.B. für mögliche Anwendungen, weckte. Ein Mn_{12} Molekül, das nur 12 magnetische Zentren enthält, ist prinzipiell dazu in der Lage ein Bit an Information zu speichern. Das ist Größenordnungen kleiner als Nanopartikel von konventionellen Ferromagneten, die typischerweise 104 oder mehr magnetische Zentren enthalten. Tatsächlich sind die SMMs die kleinsten bekannten Einheiten, welche es erlauben ein Bit an Information magnetisch zu speichern. Diese Entdeckungen resultierten in breitgefächerte Forschungstätigkeiten - in der Physik und Chemie, und Theorie und Experiment. Heutzutage, 15 Jahre später, ist das Gebiet der Molekularen Nanomagnete enorm gewachsen, sowohl was die Anzahl der interessanten magnetischen Moleküle als auch die neu zu untersuchende Physik betrifft.

Ansprechpartner: Prof. Dr. Oliver Waldmann
Tel: 0761/203-5717
Email: oliver.waldmann@physik.uni-freiburg.de

Projektbeginn: 2006
Projektende: (unbegrenzt)

Prof. Dr. Oliver Waldmann

Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
Professur für Experimentalphysik
Komplexe Systeme
Hermann-Herder-Str. 3
79104 Freiburg i. Br.

Telefon: 0761/203-5717 oder -5937
Fax: 0761/203-5707 oder -5938
Email: oliver.waldmann@physik.uni-freiburg.de
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