Mecanismos de interacción magnética en cristales moleculares

Abstract

El Magnetismo Molecular es uno de los campos de investigación de mayor actividad en la actualidad, ya que los materiales moleculares que produce no sólo tienen una gran importancia desde el punto de vista de ciencia básica, sino que además, pueden permitir desarrollar en un futuro próximo nuevas aplicaciones tecnológicas. El conjunto de los materiales magnéticos moleculares se puede dividir en dos grupos: los imanes de base molecular, formados por moléculas o especies de baja dimensionalidad unidas de forma tridimensional, y los nanoimanes o imanes unimoleculares, que son moléculas con un gran momento de spin y una fuerte anisotropía magnética, y que presentan una lenta relajación de la magnetización.

En los imanes de base molecular, los enlaces entre las diferentes moléculas pueden ser cava lentes o enlaces intermoleculares débiles del tipo puente de hidrógeno o del tipo Van der Waals. La estructura de dichos materiales difiere notablemente de la estructura en forma de red iónica de los imanes basados en los óxidos obtenidos por los métodos cerámicos (ferrita, magnetita, etc.) y de la estructura de los imanes de tipo metálico (Fe, Ca, aleaciones, etc.).

En los proyectos desarrollados en esta Tesis Doctoral se han llevado a cabo estudios teóricos de las propiedades magnéticas de diferentes sistemas moleculares. Dichos estudios han permitido establecer los mecanismos de interacción magnética de varios sistemas, lo cual puede derivar en la preparación de nuevos imanes de base molecular o en la mejora de las propiedades o las condiciones de preparación de imanes de base molecular ya existentes. Los resultados obtenidos a raíz de dichos estudios se recopilan en esta Memoria, que se ha estructurado tal y como se detalla a continuación.

En el primer capítulo de la Memoria se presenta una breve descripción de los métodos de la Química Cuántica que se han usado para realizar los cálculos cuyos resultados se exponen posteriormente, a saber, los métodos basados en la Teoría del Funcional de la Densidad (DFT), el método CASSCF y el método CASPT2.

El segundo capítulo de la Memoria está consagrado al estudio teórico del origen de las interacciones magnéticas en la fase romboédrica del polímero de C(60). Este compuesto es el primer imán de base molecular puramente orgánico con una temperatura crítica por encima de la temperatura ambiente.

En el tercer capítulo de la Memoria se presenta un estudio computacional de la dependencia de la constante de acoplamiento magnético entre los fragmentos constituyentes de la sal de transferencia de carga [Mn(por)][TCNE] (por = porfirina; TCNE = tetracianoetileno) con respecto de varios parámetros estructurales.

El cuarto y último capítulo está dedicado a dos proyectos que combinan datos teóricos y resultados experimentales, de compuestos polinucleares de Cu que presentan propiedades de especial interés, y que han sido desarrollados en colaboración con el Dr. Guillem Aromí y el Prof. Joan Ribas, del Departamento de Química Inorgánica de la Universidad de Barcelona.