Dijana Žilić IRB-Laboratorij za magnetske rezonancije mentor: Boris Rakvin

Seminar iz Eksperimentalnih istraživanja u fizici čvrstog Seminar iz Eksperimentalnih istraživanja u fizici čvrstog stanja:stanja:

EPR mjerenja magnetskog polja EPR mjerenja magnetskog polja na površini jednomolekulskih na površini jednomolekulskih

magneta Mn12 i Fe8magneta Mn12 i Fe8

Dijana ŽilićDijana Žilić

IRB-Laboratorij za magnetske IRB-Laboratorij za magnetske rezonancijerezonancije

mentor: Boris Rakvinmentor: Boris Rakvin

Prednosti jednomolekulskih magneta:Prednosti jednomolekulskih magneta:

Identične česticeIdentične čestice Poznat spin osnovnog stanjaPoznat spin osnovnog stanja Poznata magnetska anizotropijaPoznata magnetska anizotropija Jednostavna magnetska mjerenjaJednostavna magnetska mjerenja

Jednomolekulski magnetiJednomolekulski magneti

Jednodomenske čestice->superparamagnetizam Tradicionalne čestice-razlika po obliku i veličini

Mn12Mn12

Lis,1980. god

Tetragonska kristalna simetrija:a=1.73nm, b=c=1.24nm; α=β=γ=90°

Ukupan broj stanja: (2x2+1)8(2x3/2+1)4=108 U osnovnom stanju: S=10

Velika magnetokristalinična anizotropija: 65K

Mn3+,S=2

Mn4+,S=3/2 kisik

Mn12O12[(CH3COO)16(H2O)4]·2CH3COOH·4H2O

Hamiltonijan:

H=DSz2+BSz

4+C(S+4+S-

4)-gμBHSz

HF-EPR: D/k=-0.56K, B/k=-1.1x10-3K, C/k=2.9x10-5K

H≈DSz2-gμBHSz

Bez mag. polja U mag. polju

Mn12Mn12

D.Pajić, K.Zadro

Kvantno tuneliranje Kvantno tuneliranje magnetizacijemagnetizacijevisina

barijere≈65K

Fe8Fe8

Wieghardt,1984. god.

Triklinska kristalna simetrija:a=1.05nm, b=1.41nm, c=1.50nm; α=89.9°, β=109.7°, γ=109.3°

Fe3+,S=5/2

kisik

[Fe8(tacn)6O2(OH)12]8+[Br8·9H2O]8-

tacn=1,4,7-triazaciklonan tj. N3C6H15

Ukupan broj stanja: (2x5/2+1)8=1679616

Ukupan spin u osnovnom stanju: S=10

Magnetokristalinična anizotropija: 25K

Biaksijalna anizotropija

Hamiltonijan:

H≈DSz2+E(Sx

2-Sy2)-gμBHSz

HF-EPR: D/k=-0.27K i E/k=0.046K

Fe8Fe8

KristaliKristali

Sinteza: Naresh S. Dalal Department of Chemistry and National High Magnetic Field

Laboratory Florida State University

•Monokristali veličine nekoliko mm3, mase nekoliko mg

EPR probeEPR probe

2. TCNQ (N-methylphenazinium tetracyanoquinodimethane)

1. DPPH (2,2 diphenyl-1-picrylhidrazyl)

•stabilni organski slobodni radikal•prašak•širina linije: 1.2G•S=1/2•g=2.0037

•organski vodič

•igličast

•širina linije: 0.2G

•S=1/2

•g=2.0030

EPR-EEPR-Elektronska lektronska PParamagnetska aramagnetska RRezonancijaezonancija

detektira nesparene elektronedetektira nesparene elektrone

Hgh B rezonantni uvjet:

Eksperimentalni uređajEksperimentalni uređaj

EPR spektrometar Bruker 580 FT/CW

• X-područje: : 9.5GHz, 3400G• modulacija 0.1G pri 100kHz• 300-4K

SQUID-SQUID-SSuperconducting uperconducting QQuantum uantum IInterference nterference DDeviceevice

• 1.8-300K• 100G

MetodaMetoda

signal samih proba

EPR spektriEPR spektriDPPH+Fe8DPPH+Fe8

Pomak rezonantnih linijaPomak rezonantnih linija

Dipolarni model:

B0se =B0 + Bsh

e (1 – 3 cos2 θ)

B0sh =B0 - Bsh

h (1 – 3 cos2 θ)

Najveći pomaci su: Najveći pomaci su:

-2B-2Bshshee za za ΘΘ=0° i B=0° i Bshsh

ee za za ΘΘ=90°=90°

Odnos 2:1Odnos 2:1

DPPH+Fe8DPPH+Fe8

r

x

z

2

1

B0

Usporedba sa SQUID rezultatimaUsporedba sa SQUID rezultatima

10

10

10

10

KT/Eexp

kT/EexpmS

m

m

z

mB.m.k/Em 341270 2

DPPH+Fe8DPPH+Fe8

EPR spektriEPR spektriTCNQ+Mn12TCNQ+Mn12

Proba TCNQProba TCNQ

(SEM)

TCNQ+Mn12TCNQ+Mn12

X 60 X 1500

Temperaturna ovisnost pomaka rezonantnih Temperaturna ovisnost pomaka rezonantnih linijalinija

111 Sg B

zzzyyyxxxB SgSgSgrH 1211211213

12 2

zzzzyyyyxxxxB

zzzyyyxxxB

SBBgSBBgSBBg

HSBgSBgSBgH

111111

12111111

TCNQ+Mn12TCNQ+Mn12

Kutna ovisnostKutna ovisnost

2222 cosgsingg ||effeffeff

TCNQ+Mn12TCNQ+Mn12

Usporedba sa SQUID Usporedba sa SQUID mjerenjimamjerenjima

TCNQ+Mn12TCNQ+Mn12

Rezultati:Rezultati:

Iznos magnetskog polja na površini: oko 10 G Mag. polje na površini proporcionalno je

ukupnoj magnetizaciji Gradijent mag. polja na T=10 K: oko 50 T/m

Rakvin, Boris; Žilić Dijana; Dalal Naresh S.; North J.Micah; Cevc Pavle; Arčon Denis; Zadro Krešo,An EPR method for probing surface magnetic fields, dipolar distances, and magnetization fluctuations in single molecule magnets, Spectrochimica Acta Part A 60 (2004), 1241-1245.

Rakvin, Boris; Žilić, Dijana; North J. Micah, Dalal, Naresh S,Probing magnetic fields on crystals of the nanomagnet Mn12-acetate by electron paramagnetic resonance, Journal of Magnetic Resonance 165 (2003), 260-264.