Метод динамической магнитной восприимчивости в исследовании координационных соединений

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Измерения динамической магнитной восприимчивости — это универсальный метод, который используют для оценки магнитных свойств молекулярных магнетиков ученые всего мира. В русскоязычной литературе в настоящее время недостаточно информации, которая может быть полезна для освоения данного метода на практике. С целью заполнить существующий пробел в настоящей работе приведена подробная методика проведения магнетохимического эксперимента для обнаружения медленной магнитной релаксации в координационных соединениях ионов 3d- и 4f-элементов, а также полной характеризации динамики магнитного поведения. Уделено особое внимание обычно пропускаемым в литературе, но важным деталям, относящимся ко всем этапам исследования динамики магнитной релаксации. Описаны варианты пробоподготовки образцов, обсуждается логика построения измерительной последовательности и методика обработки экспериментальных данных, рассмотрены плюсы и минусы некоторых программ обсчета данных динамики магнитной релаксации. Приведены основные понятия и уравнения, используемые при анализе экспериментальных данных, а также предложены варианты первичных выводов, которые можно сделать на основе полученных результатов.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Н. Н. Ефимов

Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: nnefimov@narod.ru
Россия, Москва

К. А. Бабешкин

Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН

Email: nnefimov@narod.ru
Россия, Москва

А. В. Ротов

Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН

Email: nnefimov@narod.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Sessoli R., Gatteschi D., Caneschi A., et al. // Nature. 1993. V. 365. P. 141.
  2. Ali J., Kumar P., Chandrasekhar V. // Chem. An Asi. J. 2023. V. 19. Art. e202300812
  3. Aravena D., Ruiz E. // Dalton Trans. 2020. V 49. P. 9916.
  4. Bernot K. // Eur. J. Inorg. Chem. 2023. V. 26. Art e202300336.
  5. Edelmann F.T., Farnaby J.H., Jaroschik F., et al. // Coord. Chem. Rev. 2019. V. 398. P. 113005.
  6. Harriman K.L.M., Errulat D., Murugesu M. // Trends in Chem. 2019. V 1. P. 425.
  7. Kragskow J.G.C., Mattioni A., Staab J.K. et al. // Chem. Soc. Rev. 2023. V. 52. P. 4567
  8. Liddle S.T., Van Slageren J. // Chem. Soc. Rev. 2015. V. 44, P. 6655.
  9. Marin R., Brunet G., Murugesu M. // Angew. Chem. Int. Ed. 2021. V. 60. P. 1728.
  10. Matheson B.E., Dais T.N., Donaldson M.E. et al. // Inorg. Chem. Front. 2023. V. 10. P. 6427.
  11. Pointillart F., Bernot K., Le Guennic B., et al. // Chem. Commun. 2023. V. 59. P. 8520.
  12. Pointillart F., Cador O., Le Guennic B., et al. // Coord. Chem. Rev. 2017. V. 346. P. 150.
  13. Raza A., Perfetti M. // Coord. Chem. Rev. 2023. V. 490. P. 215213.
  14. Sekine Y., Nakamura R., Akiyoshi R., et al. // Chem. Plus Chem. 2023. V. 88. Art e202200463
  15. Shao D., Wang X. // Chin. J. Chem. 2020. V. 38, P. 1005.
  16. Swain A., Sharma T., Rajaraman G. // Chem. Commun. 2023. V. 59. P. 3206.
  17. Titiš J., Rajnák C., Boča R. // Inorganics. 2023. V. 11. P. 452.
  18. Vieru V., Gómez‐Coca S., Ruiz E. et al. // Ang. Chem. 2024. V. 136. Art e202303146.
  19. Vostrikova K.E. // Inorganics. 2023. V. 11. P. 307.
  20. Wang C., Meng Y.-S., Jiang S.-D. et al. // Sci. China Chem. 2023. V. 66. P. 683–702.
  21. Wang J., Sun C., Zheng Q. et al. // Chem. An Asi. J. 2023. V. 18. Art e202201297.
  22. Yin X., Deng L., Ruan L. et al. // Materials. 2023. V. 16. P. 3568.
  23. Zabala-Lekuona A., Seco J.M., Colacio E. // Coord. Chem. Rev. 2021. V. 441. P. 213984.
  24. Zhu Z., Li X.-L., Liu S. et al. // Inorg. Chem. Front. 2020. V. 7. P. 3315.
  25. Zhu Z., Tang J. // Chem. Soc. Rev. 2022. V. 51, P. 9469.
  26. Калинников В.Т., Ракитин Ю.В. Введение в магнетохимию: Метод статической магнитной восприимчивости в химии. М.: Наука, 1980. С. 302
  27. Карлин Р. Магнетохимия. М.: Мир, 1989. С. 399
  28. Kahn O. Molecular Magnetism. Weinheim: VCH Publishers. 1993. P. 408
  29. Вонсовский С.В. Магнетизм. М.: Наука, 1971. С. 1032
  30. Ракитин Ю.В., Калинников В.Т. Современная магнетохимия. СПб.: Наука, 1994. С. 272
  31. Новиков В.В., Нелюбина Ю.В. // Успехи химии. 2021. Т 90 С. 1330 (Novikov V.V., Nelyubina Yu.V. // Russ. Chem. Rev. 2021 V. 90 P. 1330).
  32. Long J., Lyubov D.M., Kissel´ A.A. et al. // CrystEngComm. 2022. V. 24. P. 6953.
  33. Long J., Tolpygin A.O., Lyubov D.M. et al. // 2021. Dalton Trans. V. 50. P. 8487.
  34. Long J., Tolpygin A.O., Mamontova E. et al. // Inorg. Chem. Front. 2021. V. 8. P. 1166.
  35. Kazin P.E., Zykin M.A., Trusov L.A. et al. // Dalton Trans. 2020. V. 49. P. 2014.
  36. Sharifullin T.Z., Vasiliev A.V., Eliseev A.A. et al. // Mendel. Commun. 2023. V. 33. P. 866.
  37. Zykin M.A., Kazin P.E., Jansen M. // Chem. A Eur. J. 2020. V. 26. P. 8834.
  38. Lutsenko I.A., Kiskin M.A., Nikolaevskii S.A. et al. // ChemistrySelect. 2019. V. 4. P. 14261.
  39. Nehrkorn J., Valuev I.A., Kiskin M.A. et al. // J. Mater. Chem. 2021. V 9. P. 9446.
  40. Krotkii I.I., Shcherbakova E. Yu., Lyubchenko S.N. et al. // Polyhedron. 2024. V. 251. P. 116876.
  41. Tupolova Y.P., Korchagin D.V., Andreeva A.S. et al. // Magnetochemistry. 2022. V. 8. P. 153.
  42. Aldoshin S.M., Antipin I.S., Kniazeva M.V. et al. // Israel J. Chem. 2020. V. 60. P. 600.
  43. Korchagin D.V., Ivakhnenko E.P., Demidov O.P. et al. // New J. Chem. 2023. V. 47. P. 21353.
  44. Bonnenfant C., Vadra N., Rouzières M. et al. // Dalton Trans. 2024. V. 53. P. 2815.
  45. Dhers S., Wilson R.K., Rouzières M. et al. // Cryst. Growth Des. 2020. V. 20. P. 1538.
  46. Liu J., Nodaraki L.E., Martins D.O. et al. // Eur. J. Inorg. Chem. 2023. V. 26. Art. e202300552.
  47. Rajnák C.; Titiš J.; Boča R. // Magnetochemistry 2021. V. 7. 76.
  48. Petrosyants S.P., Babeshkin K.A., Ilyukhin A.B. et al. // Magnetochemistry. 2023. V. 9. P. 31.
  49. Babeshkin K.A., Gavrikov A.V., Petrosyants S.P. et al. // Eur. J. Inorg. Chem. 2000 V. 46. P. 4380
  50. Feng M., Tong M.L. // Chem. Eur. J. 2018 V. 24. P. 7574.
  51. Mamontova E., Long J., Ferreira R. et al. // Magnetochemistry. 2016. V. 2. P. 41.
  52. Habib F., Lin P.-H., Long J. et al. // J. Am. Chem. Soc. 2011. V. 133. P. 8830.
  53. Origin and OriginPro 2024. https://www.originlab.com/
  54. KaleidaGraph v5 for Mac and Windows. https://www.synergy.com/
  55. Argand J. R. Essai sur une manière de représenter les quantités imaginaires dans les constructions géométriques. Paris: Gauthier-Villars, 1874.
  56. Cole K.S., Cole R.H. // J. Chem. Phys. 1941. V. 9. P. 341.
  57. Ho L.T.A., Chibotaru L.F. // Phys. Rev. B. 2016. V. 94. P. 104422.
  58. Pavlov A.A., Nelyubina Y.V., Kats S.V. et al. // J. Phys. Chem. Lett. 2016. V. 7. P. 4111.
  59. Gavrikov A.V., Koroteev P.S., Efimov N.N. et al. // Dalton Trans. 2017. V. 46. P. 3369.
  60. Gavrikov A.V., Efimov N.N., Dobrokhotova Zh.V. et al. // Dalton Trans. 2017. V. 46. P. 11806.
  61. Петросянц С.П., Бабешкин К.А., Илюхин А.Б. и др. // Коорд. химия. 2021 Т. 47. № 4. С. 137 (Petrosyants S.P., Babeshkin K.A., Ilyukhin A.B. et al. // Russ. J. Coord. Chem. 2021. V. 47. P. 165).
  62. Novitchi G., Jiang S., Shova S. et al. // Inorg. Chem. 2017. V. 56 P. 14809.
  63. The Chilton Group. Magnetism, Spectroscopy, Theory. https://www.nfchilton.com/
  64. Reta D., Chilton N.F. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2019. V. 21. P. 23567.
  65. Blackmore W.J.A., Gransbury G.K., Evans P. et al. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2023 V. 25. P. 16735.
  66. Rouzières M. MagSuite. Zenodo, 2020. https://doi.org/10.5281/zenodo.4030310
  67. The Molecular Materials & Magnetism. https://m3.crpp.cnrs.fr/magsuite/
  68. Polyzou C.D., Koumousi E.S., Lada Z.G. et al. // Dalton Trans. 2017. V. 46. P. 14812.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Изменение намагниченности образца (красная линия) относительно изменения амплитуды переменного магнитного поля (синяя линия). Быстрая магнитная релаксация (намагниченность образца изменяется синфазно изменению напряженности внешнего магнитного поля) (а); медленная магнитная релаксация (наблюдается отставание по фазе измеряемого сигнала от приложенного переменного магнитного поля) (б).

Скачать (148KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Поиск оптимального значения напряженности магнитного поля. Зависимость χ˝(ν) комплекса [Dy(H₂O)₄(Terpy)Cl]Cl₂ · 3H₂O при температуре 5 К в магнитных полях различной напряженности. Построено с изменениями по данным работы [48].

Скачать (138KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Выход максимума на зависимости χ˝(ν) за пределы низкочастотного предела. Зависимость χ˝(ν) комплекса [Yb(H₂O)₄(Terpy)Cl]Cl₂ · 3H₂O при температуре 2 К в магнитных полях различной напряженности. Построено с изменениями по данным работы [48].

Скачать (96KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Частотные зависимости действительной χ´(ν) и мнимой χ˝(ν) компонент динамической магнитной восприимчивости комплекса [Dy(H₂O)₄(Terpy)Cl]Cl₂ · 3H₂O в магнитном поле оптимальной напряженности 1500 Э. Построено с изменениями по данным работы [48].

Скачать (217KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Увеличение амплитуды сигнала χ˝(ν) с ростом температуры от 2 до 3 K указывает на наличие магнитных взаимодействий между парамагнитными центрами. Частотные зависимости действительной χ´(ν) и мнимой χ˝(ν) компонент динамической магнитной восприимчивости комплекса [Dy(H₂O)6Cl₂]Cl в магнитном поле оптимальной напряженности 1000 Э. Построено с изменениями по данным работы [48].

Скачать (148KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Температурные зависимости χ´ (а) и χ˝ (б) для комплекса [Er(H₂O)₆Cl₂]Cl [48].

Скачать (131KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Зависимости Коула–Коула для комплекса [Er(H₂O)₆Cl₂]Cl в магнитном поле 1000 Э и диапазоне температур 2–5 K. Построено с изменениями по данным работы [48].

Скачать (140KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Зависимости времени релаксации от температуры при различном построении по осям координат для механизмов Орбаха (а, б) и Рамана (в, г) с параметрами, представленными на графиках.

Скачать (311KB)
Метаданные
10. график 1

Скачать (90KB)
Метаданные
11. график 2

Скачать (89KB)
Метаданные
12. график 3

Скачать (63KB)
Метаданные
13. график 4

Скачать (59KB)
Метаданные
14. Приложение
Скачать (321KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024