Größte bisher bekannte magnetische Anisotropie eines Moleküls gemessen
Blick auf den THz-EPR-Experimentierplatz in der Halle der Synchrotronquelle BESSY II. © HZB
Die magnetischen Eigenschaften des untersuchten Bismut-Komplexes (Mitte) konnten mit der THz-EPR-Spektroskopie bei BESSY II aufgeklärt werden. Bei der Methode kommen elektromagnetische Strahlung im THz bis Infrarot-Bereich sowie hohe Magnetfelder zum Einsatz. © HZB
An der Berliner Synchrotronstrahlungsquelle BESSY II ist es gelungen, die größte magnetische Anisotropie eines einzelnen Moleküls zu bestimmen, die jemals experimentell gemessen wurde. Je größer diese Anisotropie ist, desto besser eignet sich ein Molekül als molekularer Nanomagnet. Solche Nanomagnete besitzen eine Vielzahl von potenziellen Anwendungen, z. B. als energieeffiziente Datenspeicher. An der Studie waren Forschende aus dem Max-Planck-Institut für Kohlenforschung (MPI KOFO), dem Joint Lab EPR4Energy des Max-Planck-Instituts für Chemische Energiekonversion (MPI CEC) und dem Helmholtz-Zentrums Berlin beteiligt.
Untersucht wurde ein Bismut-Komplex, welches in der Gruppe von Josep Cornella (MPI KOFO) synthetisiert wurde. Dieses Molekül besitzt einzigartige magnetische Eigenschaften, die ein Team um Frank Neese (MPI KOFO) vor kurzem mit theoretischen Studien vorhergesagt hat. Bisher schlugen jedoch alle Versuche fehl, die magnetischen Eigenschaften des Bismut-Komplexes zu messen und damit die theoretischen Vorhersagen experimentell zu bestätigen.
THz-EPR an BESSY II
Dieser wichtige Schritt gelang nun durch eine spezielle Methode an der Synchrotronstrahlungsquelle BESSY II, die das HZB in Berlin betreibt. Die Forschenden setzten auf die THz-Elektronenparamagnetische Resonanz-Spektroskopie (THz-EPR). „Die Ergebnisse zeigen auf faszinierende Weise, dass wir mit unserer Methode extrem hohe Werte für die magnetische Anisotropie sehr genau bestimmen können. Durch die Zusammenarbeit mit Forschenden aus den Grundlagenwissenschaften erzielen wir damit einen großen Fortschritt für das Verständnis dieser Materialklasse“, sagt Tarek Al Said (HZB), der Erstautor der Studie, die kürzlich in der renommierten Fachzeitschrift Journal of the American Chemical Society publiziert wurde.
- Neues Instrument bei BESSY II: Die OÆSE-Endstation in EMILAn BESSY II steht nun ein neues Instrument zur Untersuchung von Katalysatormaterialien, Batterieelektroden und anderen Energiesystemen zur Verfügung: die Operando Absorption and Emission Spectroscopy on EMIL (OÆSE) Endstation im Energy Materials In-situ Laboratory Berlin (EMIL). Ein Team um Raul Garcia-Diez und Marcus Bär hat die Leistungsfähigkeit des Instruments an elektrochemisch abgeschiedenem Kupfer demonstriert.
- Grüner Wasserstoff: Käfigstruktur verwandelt sich in effizienten KatalysatorClathrate zeichnen sich durch eine komplexe Käfigstruktur aus, die auch Platz für Gast-Ionen bietet. Nun hat ein Team erstmals untersucht, wie gut sich Clathrate als Katalysatoren für die elektrolytische Wasserstoffproduktion eignen. Das Ergebnis: Effizienz und Robustheit sind sogar besser als bei den aktuell genutzten Nickel-basierten Katalysatoren. Dafür fanden sie auch eine Begründung. Messungen an BESSY II zeigten, dass sich die Proben während der katalytischen Reaktion strukturell verändern: Aus der dreidimensionalen Käfigstruktur bilden sich ultradünne Nanoblätter, die maximalen Kontakt zu aktiven Katalysezentren ermöglichen. Die Studie ist in „Angewandte Chemie“ publiziert.
- Solarzellen auf Mondglas für eine zukünftige Basis auf dem MondZukünftige Mondsiedlungen werden Energie benötigen, die Photovoltaik liefern könnte. Material in den Weltraum zu bringen, ist jedoch teuer – ein Kilogramm zum Mond zu transportieren, kostet eine Million Euro. Doch auch auf dem Mond gibt es Ressourcen, die sich nutzen lassen. Ein Forschungsteam um Dr. Felix Lang, Universität Potsdam, und Dr. Stefan Linke, Technische Universität Berlin, haben nun das benötigte Glas aus „Mondstaub“ (Regolith) hergestellt und mit Perowskit beschichtet. Damit ließe sich bis zu 99 Prozent des Gewichts einsparen, um auf dem Mond PV-Module zu produzieren. Die Strahlenhärte konnte das Team am Protonenbeschleuniger des HZB getestet.