Magnetisation densities in molecule-based magnets by polarised neutron diffraction

Abstract

Auf der Grundlage von elementarer Streutheorie werden die Streuung von polarisierten Neutronen (PND) im Allgemeinen und die Methode der "Flipping Ratios" im Speziellen vorgestellt.<br />Der molekulare Komplex Mn(dca)2(pym) {dca =Dicyanamid; pym = Pyrimidin}, der aus zweidimensionalen in sich verflochtenen "layer" besteht, wurde mittels PND untersucht. Mit Hilfe der Methode der kleinsten Quadrate wurden lokale Suszeptibilitätstensoren bestimmt. Es ergab sich, im Gegensatz zur allgemeinen Erwartung, dass bei 5 K die magnetischen Momente fast parallel zum angelegten Feld sind, hingegen bei 10 K herrscht wesentliche magnetische Anisotropie vor. Erste Auswertungen der gemessenen "flipping ratios" mittels der Methode der kleinsten Quadrate führten zu einer wesentlichen Spindelokalisierung, die theoretischen DFT (Density Functional Theory) Berechnungen widerspricht. Deuterierte Einkristalle des molekularen photoanregbaren Komplex MoCu2-Me2en {Me2en = Dimethylethylendiamin} wurden synthetisiert und vollständig mittels IR und Elementaranalyse charakterisiert. Nach Bestrahlung mit Licht (Wellenlänge: 488 nm) wurde eine erhöhte Magnetisierung gemessen. Dieser Effekt war deutlich schwächer als bei vergleichbaren Experimenten unter Verwendung von Pulverproben. Die thermische Reversibilität des Photomagnetismus von MoCu2-Me2en wurde bestätigt. PND Experimente wurden am 6T2 PND Diffractometer des LLB / CEA Saclay bevor Bestrahlung, im photoangeregten Zustand und nach thermischer Relaxation durchgeführt. Im Gegensatz zu allgemeinen Erwartungen wurde eine signifikante Spindelokalisierung von den Cu Atomen zum Mo Atom vor Anregung mit Licht beobachtet. Die Bestrahlung mit Licht rief eine Veränderung der kristallographischen Struktur hervor. Dieser Effekt steht im Widerspruch zu jüngsten Streuexperimenten mit Röntgenstrahlen, seine thermische Reversibilität konnte jedoch festgestellt werden.<br />

On the basis of scattering theory, Polarised Neutron Diffraction (PND) in general and the Flipping Ratio Method in particular are introduced. The molecular compound Mn(dca)2(pym) {dca =dicyanamide; pym = pyrimidine} consisting of two-dimensional interdigitated layers was studied by PND experiments. Refinement of the local susceptibility tensors revealed strong magnetic anisotropy at 10 K, while at 5 K the magnetic moments were found almost aligned by the external magnetic field, contrary to common expectations. Preliminary least squares refinements of the measured flipping ratios lead to an important spin delocalisation, in strong disagreement with theoretical DFT (Density Functional Theory) calculations. Deuterated single-crystals of the photoswitchable molecular compound MoCu2-Me2en {Me2en = dimethylethylenediamine}, suitable for neutron diffraction experiments, were synthesised and fully characterised by IR and elementary analysis. A photo-induced effect was observed for the first time on single-crystals by means of magnetisation measurements.<br />Irradiating the sample with light (wavelength: 488 nm) increased its magnetisation, but the result was found significantly reduced compared to similar experiments on powdered samples. The thermal reversibility of the photomagnetism of MoCu2-Me2en was confirmed. PND experiments were performed on the 6T2 PND diffractometer at LLB / CEA Saclay before irradiation, in the photo-induced state and after thermal relaxation.<br />The refinement of the measured flipping ratios yielded a significant spin delocalisation from the Cu atoms towards the Mo atoms before irradiation, contrary to general expectations. The irradiation induced a modification of the crystallographic structure, contrary to recent X-ray results. This effect was thermally reversible.<br />