Compuestos heterometálicos basados en iones Cr(III) y Ln(III) : estudio del efecto del acoplamiento de intercambio en el comportamiento de imán de molécula única

• Autores: Cabrosi, Raquel Daiana Jacqueline
• Año de publicación: 2024
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Alborés, Pablo
• Materia: MAGNETISMO MOLECULAR; IMANES DE MOLECULA UNICA; LANTANIDOS; CROMO; MOLECULAR MAGNETISM; SINGLE MOLECULE MAGNETS; LANTHANIDES; CHROMIUM
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Desde su descubrimiento en el año 1993, los imanes de molécula única (SMMs) han recibido una enorme atención debido a su potencial utilización en el almacenamiento de información y la computación cuántica, y se han sintetizado y caracterizado una miríada de ellos. Sin embargo, luego de más de 30 años de desarrollo, su aplicación tecnológica no ha sido posible debido a distintos fenómenos que disminuyen el desempeño de los SMMs, entre ellos el fenómeno de tuneleo cuántico de la magnetización (QTM). En este sentido, la síntesis de compuestos heterometálicos que contienen metales 4f y 3d da lugar a sistemas acoplados en los que el QTM podría suprimirse. El objetivo central de esta Tesis es la síntesis de compuestos heterometálicos que combinan metales 3d y 4f, explorando en particular el uso del ion Cr(III) como fuente de metal 3d, en la búsqueda de imanes de molécula única capaces de suprimir parcialmente el mecanismo de tuneleo de la magnetización. Se sintetizaron las familias de compuestos: (i) [Cr2 IIILnIII2(OCH3)2(Htea)2(piv)6] (Ln = Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb / Y, H3tea = trietanolamina, piv = trimetilacetato), (ii) [CrIII3LnIII3(mdea)3(piv)8(OH)4(H2O)] y (iii) [CrIII4LnIII2(mdea)2(piv)10(OH)4] (Ln = Gd, Dy / Y, H2mdea = N-metil- dietanolamina), las cuales presentan motivos metálicos con distintas topologías. La caracterización estructural de los mismos se realizó mediante medidas de difracción de rayos X de monocristal y la caracterización magnética se llevó a cabo a partir de medidas de magnetometría estática y dinámica. A partir de estas últimas se pudieron determinar los estados electrónicos basales de cada sistema, y los mecanismos involucrados en la relajación lenta de la magnetización. Particularmente, en los compuestos donde se observó comportamiento SMM, se vio que este surge como una combinación entre la fuerte anisotropía intrínseca de los iones 4f y la magnitud significativa del acoplamiento de intercambio Cr(III)-Ln(III), dando lugar a estados acoplados a través de los cuales se desfavorece el mecanismo de tuneleo.
Since their discovery in 1993, single molecule magnets (SMMs) have received enormous attention due to their potential use in information storage and quantum computing, and a myriad of them have been synthesized and characterized. However, after more than 30 years of development, technological application has not been possible due to various phenomena that decrease the performance of SMMs, including the quantum tunneling of magnetization (QTM) phenomenon. In this regard, the synthesis of heterometallic compounds containing 4f and 3d metals results in exchange coupled systems where QTM could be suppressed. The main objective of this Thesis is the synthesis of heterometallic compounds combining 3d and 4f metals, exploring particularly the utilization of Cr(III) ion as a 3d metal source, in the search for single molecule magnets that are able to partially suppress the tunneling mechanism of magnetization. The following compounds were synthesized: (i) [Cr2 IIILnIII2(OCH3)2(Htea)2(piv)6] (Ln = Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb / Y, H3tea = triethanolamine, piv = trimethylacetate), (ii) [CrIII3LnIII3(mdea)3(piv)8(OH)4(H2O)] and (iii) [CrIII4LnIII2(mdea)2(piv)10(OH)4] (Ln = Gd, Dy / Y, H2mdea = N-methyl-diethanolamine), which present metallic motifs with different topologies. These compounds were structurally characterized by single crystal X-ray diffraction measurements while the magnetic characterization was performed by static and dynamic magnetometry. It was possible to determine the basal electronic states of each system, and the mechanisms involved in the slow relaxation of the magnetization. Particularly, in the compounds where SMM behavior was observed, it was found that it arises as a combination between the strong intrinsic anisotropy of the 4f ions and the sizeable Cr(III)-Ln(III) exchange coupling, leading to exchange states which supress the tunneling mechanism.
Fil: Cabrosi, Raquel Daiana Jacqueline. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.