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A Gd-Dimer Benchmark Study: Is DFT an Accurate Method for the Prediction of Gadolinium Exchange Coupling Constants?

Pachl, Christian F. 1,2; Braun, Jonas ORCID iD icon 1,2,3; Anson, Christopher E. 1; Fink, Karin ORCID iD icon 2
1 Institut für Anorganische Chemie (AOC), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
2 Institut für Nanotechnologie (INT), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
3 Institut für QuantenMaterialien und Technologien (IQMT), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Abstract:

Gd(III)-Gd(III) exchange interactions are central to a number of applications, such as the magnetocaloric effect or single molecule magnetism. Broken-symmetry density functional theory is the most widely used computational technique for these calculations, yet no comprehensive benchmark has been established. Here, we present the computational analysis of 27 binuclear Gd(III) compounds in comparison to experimental data and propose a best-practice workflow. We encourage the explicit treatment of scalar relativistic effects and the use of a combination of hybrid functionals with different amounts of exact exchange. Furthermore, we investigated this testbed for structure-property relationships and demonstrated the use of the recommended methodology on two tetranuclear Gd(III) clusters.


Verlagsausgabe §
DOI: 10.5445/IR/1000195181
Veröffentlicht am 10.07.2026
Originalveröffentlichung
DOI: 10.3390/magnetochemistry12060067
Cover der Publikation
Zugehörige Institution(en) am KIT Institut für Anorganische Chemie (AOC)
Institut für Nanotechnologie (INT)
Institut für QuantenMaterialien und Technologien (IQMT)
Publikationstyp Zeitschriftenaufsatz
Publikationsjahr 2026
Sprache Englisch
Identifikator ISSN: 2312-7481
KITopen-ID: 1000195181
Erschienen in Magnetochemistry
Verlag MDPI
Band 12
Heft 6
Seiten Art.Nr: 67
Vorab online veröffentlicht am 10.06.2026
Schlagwörter single molecule magnets; DFT; broken-symmetry; exchange interaction; magnetic coupling; structure-property relationships
Nachgewiesen in OpenAlex
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