Oberflächengestützte Assemblage von 3-D Koordinationsarchitekturen mit spintronischen Eigenschaften
| Konsortium: | |
| Prof. Dr. Johannes V. Barth, München Technische Universität München Oberflächen- und Grenzflächenphysik | |
| Dr. Svetlana Klyatskaya, Karlsruhe Karlsruher Institut für Technologie Molekulare Materialien | |
| Dr. Anthoula C. Papageorgiou, München Technische Universität München Oberflächen- und Grenzflächenphysik | |
| Prof. Dr. Mario Ruben, Karlsruhe Karlsruher Institut für Technologie Molekulare Materialien | |
| Projekt: | Oberflächengestützte Assemblage von 3-D Koordinationsarchitekturen mit spintronischen Eigenschaften |
| Zusammenfassung: | Im Rahmen von COORNETs streben wir auf den Aufbau von robusten 3-D spintronischen Koordinationsnetzwerken an wohldefinierten Grenzflächen unter Ultrahochvakuum -bedingungen mittels Sublimation als auch mittels Elektrospray-Ionisierungs (ESI) Deponierung der molekularen Bauteile an. Die 3-D Selbstassemblage erfolgt durch Metall-Ligandenwechselwirkungen zwischen maßgeschneiderten molekularen Bausteinen und magnetisch aktiven Metallzentren zur Herstellung von funktionellen Nanoarchitekturen. Wir planen insbesondere das Engineering von templat-gesteuerten Koordinationsnetzwerken mit verschiedenen magnetischen Eigenschaften durch den Einbau von (i) Fe(II) basierten Spinübergangsverbindungen und (ii) funktionelle tetrapyrrol-basierte Liganden mit koordinierten Übergangs- und Lanthanidmetallen. Außerdem soll die elektrischen Leitfähigkeit (i) durch die Einführung von photopolymerisierbaren Einheiten in die MOF Bauteile oder (ii) durch das Auswählen des Zentralatoms des Koordinationsknotens verbessert werden. Die Spinwechselwirkung der Leitungselektronen mit den magnetisch aktiven Zentren der Netzwerkgerüste wird koordinativ-spintronische Nanoarchitekturen zugänglich machen. Die physikalisch-chemischen Eigenschaften und das funktionelle Verhalten der erzeugten oberflächengestützten Netzwerke werden durch Rastertunnelmikroskopie und -spektroskopie (STM/STS), hochaufgelöste Röntgenspektroskopie, durch X-ray magnetic circular dichroism (XMCD), sowie weitere anspruchsvolle komplementäre Methoden untersucht werden. Erwarteter Input: Unsere Kooperation beinhaltet langjährige Erfahrungen bezüglich der Selbstassemblage und Charakterisierung von molekül-basierten Koordinations- bzw. kovalenten Netzwerken an Oberflächen (mit mehr als 35 gemeinsamen Publikationen über die letzte Dekade). Gegenwärtig sind wir insbesondere an spintronischen Materialien und Netzwerken interessiert, inklusive deren strukturellen, elektronischen, magnetischen und mechanischen Eigenschaften. Die Relevanz der Konzeption basiert auf der Synthese von maßgeschneiderten molekularen Bausteinen und Assemblage-Protokollen zur Steuerung von Grenzflächenprozessen. Die strukurelle, elektronische und magnetische Charakterisierung wird hauptsächlich durch eine Kombination von STM/STS- mit Röntgenspektroskopie-Techniken erfolgen. Erwarteter Output: Wir erwarten die Darstellung einer neuen Klasse von spintronischen Koordinationsnetzwerken mit einzigartigen Funktionseigenschaften, insbesondere umfassend (i) schaltbare magnetische Eigenschaften basierend auf Spinübergangsverbindungen und (ii) Lanthanid-basierten molekularen Einzelmolekülmagneten durch das Einstellen des Zentralmetalls des Koordinationspunktes als auch durch Funktionalisierung der Linkermoleküle durch post-synthetische Photopolymerisierung. |
| Publikationen: | R. Zhang, J. Liu, Y. Gao, M. Hua, B. Xia, P. Knecht, A. C. Papageorgiou, J. Reichert, J. V. Barth, L. Huang, H. Xu, and N. Lin „On-surface synthesis of a semiconducting 2D metal-organic framework Cu3(C6O6) exhibiting dispersive electronic bands„ Angew. Chem. Int. Edit. 2020, 59, 2669-2673 DOI: 10.1002/anie.201913698 |
| J. I. Urgel, D. Écija, S. Vijayaraghavan, M. Pörtner, M.-L. Bocquet, W. Auwärter, and J. V. Barth „In-situ growth of gadolinium phthalocyaninato sandwich complexes on the Ag(111) surface„ ChemPhysChem 2019, 20, 2301-2304 DOI: 10.1002/cphc.201900253 | |
| W. Wernsdorfer, M. Ruben „Synthetic engineering of the Hilbert space of molecular qudits: Isotopologue chemistry„ Adv. Mater. 2019, 31, 1806687 DOI: 10.1002/adma.201806687 | |
| Z. Chen, T. Lin, L. Zhang, Dr. Lei Zhang, B. Xiang, H. Xu, F. Klappenberger, J. V. Barth, S. Klyatsakya, and M. Ruben „Surface-dependent chemoselectivity in C–C coupling reactions„ Angew. Chem., Int. Ed. 2019, 58, 8356-8361 DOI: 10.1002/anie.201900636 | |
| F. Schleicher, M. Studniarek, K. S. Kumar, E. Urbain, K. Katcko, J. Chen, T. Frauhammer, M. Hervé, U. Halisdemir, L. M. Kandpal, D. Lacour, A. Riminucci, L. Joly, F. Scheurer, B. Gobaut, F. Choueikani, E. Otero, P. Ohresser, J. Arabski, G. Schmerber, W. Wulfhekel, E. Beaurepaire, W. Weber, S. Boukari, M. Ruben, M. Bowen „Linking electronic transport through a spin crossover thin film to the molecular spin state using X-ray absorption spectroscopy operando techniques„ ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10, 31580-31585 DOI: 10.1021/acsami.8b11495 | |
| J. Hellerstedt, C. Ales, M. Svec, B. de la Torre,M. Moro-Lagares,T. Chutora,B. Papoušková, G. Zoppellaro, P. Mutombo, M. Ruben, R. Zboril, and P. Jelinek „On-surface structural and electronic properties of spontaneously formed Tb2Pc3 single molecule magnets„ Nanoscale 2018, 10, 15553-15563 DOI: 10.1039/C8NR04215B | |
| D. Écija, J. I. Urgel, A. P. Seitsonen, W. Auwärter, J. V. Barth „Lanthanide-directed assembly of interfacial coordination architectures–from complex networks to functional nanosystems„ Acc. Chem. Res. 2018, 51, 365-375 DOI: 10.1021/acs.accounts.7b00379 | |
| A. C. Papageorgiou, L. Jiang, S. C. Oh, B. Zhang, Ö. Sağlam, Y. Guo, J. Reichert, A. B. Marco, D. Cortizo-Lacalle, A. Mateo-Alonso, and J. V. Barth „Tuning the ease of formation of on-surface metal-adatom coordination polymers featuring diketones„ Nanoscale 2018, 10, 9561-9568 DOI: 10.1039/c8nr02537a | |
| S. K. Kuppusamy, B. Heinrich, J. Arabski, G. Schmerber, M. Bowen, S. Boukari, E. Beaurepaire, J. Dreiser, and M. Ruben „Engineering on-surface spin crossover: Spin-state switching in a self-assembled film of vacuum sublimable functional molecule„ Adv. Mater. 2018, 30, 1705416 DOI: 10.1002/adma.201705416 | |
| P. Knecht, N. Suryadevara, B. Zhang, J. Reichert, M. Ruben, J. V. Barth, S. Klyatskaya, and A. C. Papageorgiou „The self-assembly and metal adatom coordination of a linear bis-tetrazole ligand on Ag(111)„ Chem. Commun. 2018, 54, 10072-10075 DOI: 10.1039/C8CC04323J | |
| L. Jiang, B. Zhang, G. Médard, A. P. Seitsonen, F. Haag, F. Allegretti, J. Reichert, B. Kuster, J. V. Barth, and A. C. Papageorgiou „N-Heterocyclic carbenes on the close packed coinage metal surfaces: Bis-carbene metal adatom bonding scheme of monolayer films on Au, Ag and Cu„ Chem. Sci. 2017, 8, 8301-8308 DOI: 10.1039/C7SC03777E |