Fullerene and endometallofullerene Kagome lattices with symmetry-forced spin frustration

文献情報

出版日 2018-12-17
DOI 10.1039/C8CP07017B
インパクトファクター 3.676
著者

Dmitri V. Konarev, Salavat S. Khasanov, Yasuhiro Shimizu, Alexey V. Kuzmin, Rimma N. Lyubovskaya


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要旨

Salts of fullerene C60˙− and endometallofullerene Sc3N@Ih-C80˙− radical anions with Bu3MeP+ cations ((Bu3MeP+)3(C60˙−)3·C6H4Cl2 (1) and (Bu3MeP+)3(Sc3N@Ih-C80˙−)3·C6H4Cl2 (2)) have been obtained. The C3 symmetry of the Bu3MeP+ cation provides 2D Kagome lattices with an equilateral triangle arrangement of fullerenes in accordance with trigonal crystal symmetry P31m. The C60˙− and Sc3N@Ih-C80˙− radical anions preserve their monomeric forms in 1 and 2 with the S = 1/2 spin state down to 1.9 K. The close packing of the fullerene radical anions results in strong antiferromagnetic coupling of the spins with Weiss temperatures of −108 K for 1 and −43 K for 2. Compound 1 is a rare example of a magnetic system in which in spite of the strong magnetic coupling of spins no long-range ordering is observed down to 1.9 K. The 13C NMR spectra of the 13C enriched sample of 1 support the absence of the antiferromagnetic ordering of spins down to 1.5 K. Thus, the crystals of 1 preserve large spin frustration forced by the trigonal symmetry. Therefore, compound 1 is a promising candidate for the first observation of a quantum spin liquid (QSL) state in a fullerene-based system. Isostructural salt 2 is the first compound that contains monomeric paramagnetic Sc3N@Ih-C80˙− radical anions stable down to 1.9 K, which show strong spin frustration. These data indicate the ability of endometallofullerenes to give exotic magnetic systems such as QSLs.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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