Optical and Magnetic Properties of Transition Metal and Lanthanide Compounds from a Quantum Chemical Perspective

In dieser Dissertation wurden die optischen und magnetischen Eigenschaften von Lanthanid- und Übergangsmetallkomplexen mit quantenchemischen Methoden untersucht. Eine Studie hebt die überlegene Leistung von auf Erbium basierenden Einzelmolekülmagneten (SMMs) in einer äquatorialen Ligandenumgebung hervor. Hierbei wurde eine Reihe von Lanthanid-Sandwich-Komplexen untersucht. Die Einführung von Metall-Metall-Wechselwirkung verbesserte die SMM-Leistung von Erbium-Komplexen, während sie die von auf Dysprosium basierenden Komplexen beeinträchtigte. Die Ursache ist ein Unterschied in der dipolaren Kopplung. ... mehrBei der Erweiterung des molekularen Ansatzes auf periodische Systeme balanciert ein eingebettetes Clustermodell für Ceroxid Recheneffizienz und genaue Eigenschaftsbeschreibung. Dies ebnet den Weg für die Vorhersage optischer und magnetischer Eigenschaften von Hochentropieoxiden (HEOs). Zuletzt ergaben Untersuchungen im Grundzustand keine Metall-Metall-Wechselwirkungen in einer Familie von Lanthan-Münzmetall-Komplexen. Dahingegen legten angeregte Zustandsrechnungen eine potenzielle Wechselwirkung nahe, die durch den Ligand-zu-Metall-Metall-Ladungstransfer (LMMCT) in der Triplettstruktur des Lanthan-Gold-Komplexes belegt wurde. Insgesamt setzte die Dissertation quantenchemische Methoden ein, um die optischen und magnetischen Eigenschaften von Lanthanid- und Übergangsmetallkomplexmaterialien zu interpretieren und vorherzusagen. Dabei zeigte sich die Notwendigkeit einer genauen elektronischen Strukturbeschreibung und einer expliziten Berücksichtigung der Koordinationsumgebung um die Metallzentren.

In this thesis, the optical and magnetic properties of complexes containing lanthanide or transition metals were investigated with quantum chemical methods.
The study of the magnetic properties of lanthanide sandwich complexes highlights the superior performance of Er-based single molecule magnets (SMMs) in an equatorial ligand field. The introduction of metal-metal interactions enhanced the SMM performance of the Er-based complexes, whereas it impaired that in Dy-based complexes.
Extending the molecular approach to cerium oxide, the embedded cluster model balances computational efficiency with accurate property description, paving the way for predicting optical and magnetic properties of high-entropy oxides (HEOs). ... mehr
Ground state investigations revealed no metal-metal interactions for a family of lanthanum-coinage metal complexes. Contrarily, excited state calculations suggested a potential interaction evidenced by the Ligand-to-Metal-Metal Charge Transfer (LMMCT) in a triplet structure of a lanthanum-gold complex.
Overall, the thesis employed quantum chemical methods to interpret and predict the optical and magnetic properties of lanthanide and transition metal complex materials. In doing so, it highlights the need for an accurate electronic structure description and explicit consideration of the coordination environment surrounding the metal centers.