Dynamic Magnetic Susceptibility Method in Studies of Coordination Compounds

N. N. Efimov; Ефимов Н. Н.; K. A. Babeshkin; Бабешкин К. А.; A. V. Rotov; Ротов А. В.

doi:10.31857/S0132344X24070011

Метод динамической магнитной восприимчивости в исследовании координационных соединений

Авторы: Ефимов Н.Н.¹, Бабешкин К.А.¹, Ротов А.В.¹
Учреждения:
1. Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН
Выпуск: Том 50, № 7 (2024)
Страницы: 413-428
Раздел: Статьи
URL: https://journals.rcsi.science/0132-344X/article/view/268505
DOI: https://doi.org/10.31857/S0132344X24070011
EDN: https://elibrary.ru/MUWNVD
ID: 268505

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Полный текст
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

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.

Ключевые слова

магнитные свойства, динамическая магнитная восприимчивость, методики проведения эксперимента, магнитная релаксация, молекулярный магнетизм

Полный текст

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

Sessoli R., Gatteschi D., Caneschi A., et al. // Nature. 1993. V. 365. P. 141.
Ali J., Kumar P., Chandrasekhar V. // Chem. An Asi. J. 2023. V. 19. Art. e202300812
Aravena D., Ruiz E. // Dalton Trans. 2020. V 49. P. 9916.
Bernot K. // Eur. J. Inorg. Chem. 2023. V. 26. Art e202300336.
Edelmann F.T., Farnaby J.H., Jaroschik F., et al. // Coord. Chem. Rev. 2019. V. 398. P. 113005.
Harriman K.L.M., Errulat D., Murugesu M. // Trends in Chem. 2019. V 1. P. 425.
Kragskow J.G.C., Mattioni A., Staab J.K. et al. // Chem. Soc. Rev. 2023. V. 52. P. 4567
Liddle S.T., Van Slageren J. // Chem. Soc. Rev. 2015. V. 44, P. 6655.
Marin R., Brunet G., Murugesu M. // Angew. Chem. Int. Ed. 2021. V. 60. P. 1728.
Matheson B.E., Dais T.N., Donaldson M.E. et al. // Inorg. Chem. Front. 2023. V. 10. P. 6427.
Pointillart F., Bernot K., Le Guennic B., et al. // Chem. Commun. 2023. V. 59. P. 8520.
Pointillart F., Cador O., Le Guennic B., et al. // Coord. Chem. Rev. 2017. V. 346. P. 150.
Raza A., Perfetti M. // Coord. Chem. Rev. 2023. V. 490. P. 215213.
Sekine Y., Nakamura R., Akiyoshi R., et al. // Chem. Plus Chem. 2023. V. 88. Art e202200463
Shao D., Wang X. // Chin. J. Chem. 2020. V. 38, P. 1005.
Swain A., Sharma T., Rajaraman G. // Chem. Commun. 2023. V. 59. P. 3206.
Titiš J., Rajnák C., Boča R. // Inorganics. 2023. V. 11. P. 452.
Vieru V., Gómez‐Coca S., Ruiz E. et al. // Ang. Chem. 2024. V. 136. Art e202303146.
Vostrikova K.E. // Inorganics. 2023. V. 11. P. 307.
Wang C., Meng Y.-S., Jiang S.-D. et al. // Sci. China Chem. 2023. V. 66. P. 683–702.
Wang J., Sun C., Zheng Q. et al. // Chem. An Asi. J. 2023. V. 18. Art e202201297.
Yin X., Deng L., Ruan L. et al. // Materials. 2023. V. 16. P. 3568.
Zabala-Lekuona A., Seco J.M., Colacio E. // Coord. Chem. Rev. 2021. V. 441. P. 213984.
Zhu Z., Li X.-L., Liu S. et al. // Inorg. Chem. Front. 2020. V. 7. P. 3315.
Zhu Z., Tang J. // Chem. Soc. Rev. 2022. V. 51, P. 9469.
Калинников В.Т., Ракитин Ю.В. Введение в магнетохимию: Метод статической магнитной восприимчивости в химии. М.: Наука, 1980. С. 302
Карлин Р. Магнетохимия. М.: Мир, 1989. С. 399
Kahn O. Molecular Magnetism. Weinheim: VCH Publishers. 1993. P. 408
Вонсовский С.В. Магнетизм. М.: Наука, 1971. С. 1032
Ракитин Ю.В., Калинников В.Т. Современная магнетохимия. СПб.: Наука, 1994. С. 272
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).
Long J., Lyubov D.M., Kissel´ A.A. et al. // CrystEngComm. 2022. V. 24. P. 6953.
Long J., Tolpygin A.O., Lyubov D.M. et al. // 2021. Dalton Trans. V. 50. P. 8487.
Long J., Tolpygin A.O., Mamontova E. et al. // Inorg. Chem. Front. 2021. V. 8. P. 1166.
Kazin P.E., Zykin M.A., Trusov L.A. et al. // Dalton Trans. 2020. V. 49. P. 2014.
Sharifullin T.Z., Vasiliev A.V., Eliseev A.A. et al. // Mendel. Commun. 2023. V. 33. P. 866.
Zykin M.A., Kazin P.E., Jansen M. // Chem. A Eur. J. 2020. V. 26. P. 8834.
Lutsenko I.A., Kiskin M.A., Nikolaevskii S.A. et al. // ChemistrySelect. 2019. V. 4. P. 14261.
Nehrkorn J., Valuev I.A., Kiskin M.A. et al. // J. Mater. Chem. 2021. V 9. P. 9446.
Krotkii I.I., Shcherbakova E. Yu., Lyubchenko S.N. et al. // Polyhedron. 2024. V. 251. P. 116876.
Tupolova Y.P., Korchagin D.V., Andreeva A.S. et al. // Magnetochemistry. 2022. V. 8. P. 153.
Aldoshin S.M., Antipin I.S., Kniazeva M.V. et al. // Israel J. Chem. 2020. V. 60. P. 600.
Korchagin D.V., Ivakhnenko E.P., Demidov O.P. et al. // New J. Chem. 2023. V. 47. P. 21353.
Bonnenfant C., Vadra N., Rouzières M. et al. // Dalton Trans. 2024. V. 53. P. 2815.
Dhers S., Wilson R.K., Rouzières M. et al. // Cryst. Growth Des. 2020. V. 20. P. 1538.
Liu J., Nodaraki L.E., Martins D.O. et al. // Eur. J. Inorg. Chem. 2023. V. 26. Art. e202300552.
Rajnák C.; Titiš J.; Boča R. // Magnetochemistry 2021. V. 7. 76.
Petrosyants S.P., Babeshkin K.A., Ilyukhin A.B. et al. // Magnetochemistry. 2023. V. 9. P. 31.
Babeshkin K.A., Gavrikov A.V., Petrosyants S.P. et al. // Eur. J. Inorg. Chem. 2000 V. 46. P. 4380
Feng M., Tong M.L. // Chem. Eur. J. 2018 V. 24. P. 7574.
Mamontova E., Long J., Ferreira R. et al. // Magnetochemistry. 2016. V. 2. P. 41.
Habib F., Lin P.-H., Long J. et al. // J. Am. Chem. Soc. 2011. V. 133. P. 8830.
Origin and OriginPro 2024. https://www.originlab.com/
KaleidaGraph v5 for Mac and Windows. https://www.synergy.com/
Argand J. R. Essai sur une manière de représenter les quantités imaginaires dans les constructions géométriques. Paris: Gauthier-Villars, 1874.
Cole K.S., Cole R.H. // J. Chem. Phys. 1941. V. 9. P. 341.
Ho L.T.A., Chibotaru L.F. // Phys. Rev. B. 2016. V. 94. P. 104422.
Pavlov A.A., Nelyubina Y.V., Kats S.V. et al. // J. Phys. Chem. Lett. 2016. V. 7. P. 4111.
Gavrikov A.V., Koroteev P.S., Efimov N.N. et al. // Dalton Trans. 2017. V. 46. P. 3369.
Gavrikov A.V., Efimov N.N., Dobrokhotova Zh.V. et al. // Dalton Trans. 2017. V. 46. P. 11806.
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).
Novitchi G., Jiang S., Shova S. et al. // Inorg. Chem. 2017. V. 56 P. 14809.
The Chilton Group. Magnetism, Spectroscopy, Theory. https://www.nfchilton.com/
Reta D., Chilton N.F. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2019. V. 21. P. 23567.
Blackmore W.J.A., Gransbury G.K., Evans P. et al. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2023 V. 25. P. 16735.
Rouzières M. MagSuite. Zenodo, 2020. https://doi.org/10.5281/zenodo.4030310
The Molecular Materials & Magnetism. https://m3.crpp.cnrs.fr/magsuite/
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.