Abstract

In spin crossover materials, an abrupt phase transition between a low-spin state and a high-spin (HS) state can be driven by temperature, pressure or by light irradiation. Of special relevance are Fe(II) based coordination polymers where, in contrast to molecular systems, the phase transition between a spin S=0 and 2 state shows a pronounced hysteresis which is desirable for technical applications. A satisfactory microscopic explanation of this large cooperative phenomenon has been sought for a long time. The lack of x-ray data has been one of the reasons for the absence of microscopic studies. In this work, we present an efficient route to prepare reliable model structures and within an ab initio density functional theory analysis and effective model considerations we show that in polymeric spin crossover compounds magnetic exchange between HS Fe(II) centers is as important as elastic couplings for understanding the phase transition. We discuss the relevance of these interactions for the cooperative behavior in these materials.

Highlights

  • ÓÖ Ø ÓÓÔ Ö Ø Ú× Ò×ÓÖ× ÓÖ Ñ ÑÓÖÝ Ú × 1⁄2 ̧ 3⁄4 ̧ ¿ ̧ ℄ Ö ×Ô Ò1 ÖÓ××ÓÚ Ö ÔÓÐÝÑ ÖË Èμ ×Ý×Ø Ñ× ÒÚÓÐÚ Ò.

  • ÁÒ Ø ÔÖ × ÒØ ÛÓÖ Û ÓÒ ÒØÖ Ø ÓÒ Ø Ð ØÖÓÒ Ò Ñ Ò Ø Ö × Ó Ö ÓÑ Ò ×Ô Ò ÖÓ××ÓÚ Ö ÔÓÐÝÑ Ö Ò ÒÚ ×ØØØÖÒÙÒ ÓÒ Ø Ñ ÖÓ× ÓÔ ÓÖ Ò Ó Ø ÓÓÔ Ö Ø Ú ØÝ Ò Ø ÀË1ÄË ØÖ Ò× Ø ÓÒo Ï Ð Ø × Ò ××ÙÑ Ò Ø Ô ×Ø Ø Ø ØÁÁμ ÒØ Ö Ò Ö ×Ø Ò ÓÖ ÒØ Ö Ø ÓÒ × ÑÓ×ØÐÝ Ó Ô ÓÒÓÒ ÓÖ Ò ÓÙÖ ×ØÙ Ý Ò Ø × Ø Ø × Ò ÒØ Ô ÖØ Ó Ø × ÒØ Ö Ø ÓÒ Ö × × ÖÓÑ Ñ Ò Ø Ü Ò o.

  • Ì × ÓÑÔÓÙÒ ÔÖ Ô Ø Ø × × Ò ÔÓÐÝÑ Ö ÔÓÛ Ö Ò × Ò Ð ÖÝ×Ø Ð× ÒÒÓØ ÖÓÛÒ Ù× Ø ÔÓÐÝÑ Ö × Ò×ÓÐÙ ÐÒÛØÖÒ ÓÖ Ò ×ÓÐÚ ÒØ× 1⁄2 ℄o Å ÐØ Ò ÓÖ ×Ù Ð Ñ Ø ÓÒ ØØ ÑÔØ× Ö ×ÙÐØ Ò ÓÑÔÓ× Ø ÓÒo À Ò 1Ö Ý ×ØÖÙ ØÙÖ Ò ÐÝ× × × ÒÓØ ÔÓ×× ÐÒÚÒØ 1Ö Ý ÔÓÛ Ö Ö Ñ ÓÒ× ×Ø× Ó Û ÖÓ Ô × ÓÒÐÝ Û ÔÖ Ú ÒØ Ø ×ØÖÙ ØÙÖ ØÓ Ø ÖÑ Ò ÖÓÑ 1Ö Ý ÔÓÛ Ö Ø o ÇØ Ö ÔÓÐÝÑ Ö 1 ØÖ ÞÓÐ ÓÑÔÓÙÒ × Ú × Ñ Ð Ö ÔÖÓÔ ÖØ × Ò ÒÓ × Ò Ð ÖÝ×Ø Ð ×ØÖÙ ØÙÖ ÓÖ Ø × ×Ý×Ø Ñ× × ÒÓÛÒo ÁÒ Ø Ð Ø Ö ØÙÖ ÓÒÐÝ × Ò Ð ÖÝ×Ø Ð ×ØÖÙ ØÙÖ × ÓÖ ØÖ Ñ Ö ÓÑÔÓÙÒ × ́ o o Ê o 3⁄41⁄4℄μ Ò ÔÓÐÝÑ Ö Ù1ØÖ ÞÓÐ × 3⁄41⁄2 ̧ 3⁄43⁄4℄ Û Ö ÓÙÒ o ÁÒ Ø × ÓÑÔÓÙÒ × ̧ Ø Ñ Ø Ð ÓÒ × ÓÓÖ Ò Ø Ý × Ü Ò ØÖÓ Ò ØÓÑ× Ò Ò ÓÖ Ò Ñ Ø Ð ÓÒ× Ö ÓÒÒ Ø Ý Ø Ö ÔÝÖ ÞÓÐ Ö ×o ÓÖ Ø ÔÓÐÝÑ Ö ØÖ ÞÓÐ × × Ñ Ð Ö ×ØÖÙ ØÙÖ × ××ÙÑ × o 1⁄2o Ì × ×ØÖÙ ØÙÖ × Ð×Ó ×ÙÔÔÓÖØ Ý ×Ô ØÖÓ× ÓÔ Ñ Ø Ó × 3⁄43⁄4℄ Ò ÐÙ Ò ×ÓÐ ×Ø Ø ÆÅÊ 3⁄4¿℄o ÁÒ Ú Û Ó Ø ÓÚ Ò Ø Ö ÕÙ Ö Ñ ÒØ ÓÚÒÖÐÐ ÖÝ×Ø Ð ×ØÖÙ ØÙÖ × ÓÖ Ñ ÖÓ× ÓÔ ×ØÙ × ̧ Û × Ò ÓÒ Ø ÓÑÔÙØ Ö ÑÓ Ð ×Ý×Ø Ñ Ó ÔÓÐÝÑ Ö ØÖ ÞÓÐ × × × ÓÖ Ð ÙÐ Ø Ò Ø Ð ØÖÓÒ Ò Ñ Ò Ø ÔÖÓÔ ÖØ ×o Ï ÓÒ× Ö ÐÐ ÜÔ Ö Ñ ÒØ Ð Ò ÓÖÑ Ø ÓÒ Ú Ð Ð Ò ÓÒ×ØÖÙ Ø ÖÝ×Ø Ð ×ØÖÙ ØÙÖ × ÐÓ× × ÔÓ×× Ð ØÓ Ø ØÙ Ð ×ØÖÙ ØÙÖ o Ï ÑÔÐÓÝ ÑØÓØØ × Ò Ú ÐÓÔ Ò Ø ×Ø ÓÒ Ø ÓÓÖ Ò Ø ÓÒ ÔÓÐÝÑ Ö ÙÁÁμ13⁄4 ̧ 1 × ́ÔÝÖ ÞÓÐ 11⁄21ÝÐμ11⁄2 ̧ 1 Ý ÖÓÜÝ ÒÞ Ò Û × × ÑÔÐ Ö ×ØÖÙ ØÙÖ Ò Ð ×× ØÓÑ× Ô Ö ÙÒ Ø ÐÐ Ø Ò ÔÓÐÝÑ Ö 1ØÖ ÞÓÐ 3⁄4 ̧ 3⁄4 ℄o Ë Ò Û Ñ Ø ÙÒ Ö×Ø Ò Ò Ø ÀË1ÄË ØÖ Ò× Ø ÓÒ Û Ø ÙÖ Ø ÐÐ1 Ð ØÖÓÒ Ì Ð ÙÐ Ø ÓÒ× ̧ Û Ö ÓÑÔÙØ Ö ÒØ Ò× Ú Û Ô Ø ×× ÒØ Ð ØÙÖ × ÓØÑØÖÐÒ × ÑÔÐ Ý Ø Ó× Ð Ñ ÒØ× Ø Ø Ö × ÓÒ ÖÝ ØÓ Ø ØÖ Ò× Ø ÓÒ Ð Ø Ò ØÙÖ Ó Ø ×Ù ×Ø ØÙ ÒØ Ê Ò Ø ÓÙÒØ Ö ÓÒ − ́×Ô Ò ØÖ Ò× Ø ÓÒ× Ö Ó × ÖÚ ÓÖ ÛÖÒÓÖ ÒØ ×Ù ×Ø ØÙ ÒØ× Ê Ò ÓÙÒØ Ö ÓÒ× −μo Ï ÓÒ× Ö ÓÑÔÓÙÒ 3⁄4 Ò o 1⁄2 Û Ø Ê À3 Ò − −o Ì × ÑÓ Ð ×ØÖÙ ØÙÖ × Ø × ÓÖØ Ö Ò ÒÚ ÖÓÒÑ ÒØ Ó ØÁÁμ ÒØ Ö× Ü ØÐÝ × Ò ×ØÖÙ ØÙÖ 1⁄2 Ò o 1⁄2 Û Ð Ø ÐÓÒ Ö Ö Ò ÒÚ ÖÓÒÑ ÒØ 5 μ

Read more

Summary

ÓÖ Ø ÓÓÔ Ö Ø Ú

× Ò×ÓÖ× ÓÖ Ñ ÑÓÖÝ Ú × 1⁄2 ̧ 3⁄4 ̧ ¿ ̧ ℄ Ö ×Ô Ò1 ÖÓ××ÓÚ Ö ÔÓÐÝÑ ÖË Èμ ×Ý×Ø Ñ× ÒÚÓÐÚ Ò. ÁÒ Ø ÔÖ × ÒØ ÛÓÖ Û ÓÒ ÒØÖ Ø ÓÒ Ø Ð ØÖÓÒ Ò Ñ Ò Ø Ö × Ó Ö ÓÑ Ò ×Ô Ò ÖÓ××ÓÚ Ö ÔÓÐÝÑ Ö Ò ÒÚ ×ØØØÖÒÙÒ ÓÒ Ø Ñ ÖÓ× ÓÔ ÓÖ Ò Ó Ø ÓÓÔ Ö Ø Ú ØÝ Ò Ø ÀË1ÄË ØÖ Ò× Ø ÓÒo Ï Ð Ø × Ò ××ÙÑ Ò Ø Ô ×Ø Ø Ø ØÁÁμ ÒØ Ö Ò Ö ×Ø Ò ÓÖ ÒØ Ö Ø ÓÒ × ÑÓ×ØÐÝ Ó Ô ÓÒÓÒ ÓÖ Ò ÓÙÖ ×ØÙ Ý Ò Ø × Ø Ø × Ò ÒØ Ô ÖØ Ó Ø × ÒØ Ö Ø ÓÒ Ö × × ÖÓÑ Ñ Ò Ø Ü Ò o. Ì × ÓÑÔÓÙÒ ÔÖ Ô Ø Ø × × Ò ÔÓÐÝÑ Ö ÔÓÛ Ö Ò × Ò Ð ÖÝ×Ø Ð× ÒÒÓØ ÖÓÛÒ Ù× Ø ÔÓÐÝÑ Ö × Ò×ÓÐÙ ÐÒÛØÖÒ ÓÖ Ò ×ÓÐÚ ÒØ× 1⁄2 ℄o Å ÐØ Ò ÓÖ ×Ù Ð Ñ Ø ÓÒ ØØ ÑÔØ× Ö ×ÙÐØ Ò ÓÑÔÓ× Ø ÓÒo À Ò 1Ö Ý ×ØÖÙ ØÙÖ Ò ÐÝ× × × ÒÓØ ÔÓ×× ÐÒÚÒØ 1Ö Ý ÔÓÛ Ö Ö Ñ ÓÒ× ×Ø× Ó Û ÖÓ Ô × ÓÒÐÝ Û ÔÖ Ú ÒØ Ø ×ØÖÙ ØÙÖ ØÓ Ø ÖÑ Ò ÖÓÑ 1Ö Ý ÔÓÛ Ö Ø o ÇØ Ö ÔÓÐÝÑ Ö 1 ØÖ ÞÓÐ ÓÑÔÓÙÒ × Ú × Ñ Ð Ö ÔÖÓÔ ÖØ × Ò ÒÓ × Ò Ð ÖÝ×Ø Ð ×ØÖÙ ØÙÖ ÓÖ Ø × ×Ý×Ø Ñ× × ÒÓÛÒo ÁÒ Ø Ð Ø Ö ØÙÖ ÓÒÐÝ × Ò Ð ÖÝ×Ø Ð ×ØÖÙ ØÙÖ × ÓÖ ØÖ Ñ Ö ÓÑÔÓÙÒ × ́ o o Ê o 3⁄41⁄4℄μ Ò ÔÓÐÝÑ Ö Ù1ØÖ ÞÓÐ × 3⁄41⁄2 ̧ 3⁄43⁄4℄ Û Ö ÓÙÒ o ÁÒ Ø × ÓÑÔÓÙÒ × ̧ Ø Ñ Ø Ð ÓÒ × ÓÓÖ Ò Ø Ý × Ü Ò ØÖÓ Ò ØÓÑ× Ò Ò ÓÖ Ò Ñ Ø Ð ÓÒ× Ö ÓÒÒ Ø Ý Ø Ö ÔÝÖ ÞÓÐ Ö ×o ÓÖ Ø ÔÓÐÝÑ Ö ØÖ ÞÓÐ × × Ñ Ð Ö ×ØÖÙ ØÙÖ × ××ÙÑ × o 1⁄2o Ì × ×ØÖÙ ØÙÖ × Ð×Ó ×ÙÔÔÓÖØ Ý ×Ô ØÖÓ× ÓÔ Ñ Ø Ó × 3⁄43⁄4℄ Ò ÐÙ Ò ×ÓÐ ×Ø Ø ÆÅÊ 3⁄4¿℄o ÁÒ Ú Û Ó Ø ÓÚ Ò Ø Ö ÕÙ Ö Ñ ÒØ ÓÚÒÖÐÐ ÖÝ×Ø Ð ×ØÖÙ ØÙÖ × ÓÖ Ñ ÖÓ× ÓÔ ×ØÙ × ̧ Û × Ò ÓÒ Ø ÓÑÔÙØ Ö ÑÓ Ð ×Ý×Ø Ñ Ó ÔÓÐÝÑ Ö ØÖ ÞÓÐ × × × ÓÖ Ð ÙÐ Ø Ò Ø Ð ØÖÓÒ Ò Ñ Ò Ø ÔÖÓÔ ÖØ ×o Ï ÓÒ× Ö ÐÐ ÜÔ Ö Ñ ÒØ Ð Ò ÓÖÑ Ø ÓÒ Ú Ð Ð Ò ÓÒ×ØÖÙ Ø ÖÝ×Ø Ð ×ØÖÙ ØÙÖ × ÐÓ× × ÔÓ×× Ð ØÓ Ø ØÙ Ð ×ØÖÙ ØÙÖ o Ï ÑÔÐÓÝ ÑØÓØØ × Ò Ú ÐÓÔ Ò Ø ×Ø ÓÒ Ø ÓÓÖ Ò Ø ÓÒ ÔÓÐÝÑ Ö ÙÁÁμ13⁄4 ̧ 1 × ́ÔÝÖ ÞÓÐ 11⁄21ÝÐμ11⁄2 ̧ 1 Ý ÖÓÜÝ ÒÞ Ò Û × × ÑÔÐ Ö ×ØÖÙ ØÙÖ Ò Ð ×× ØÓÑ× Ô Ö ÙÒ Ø ÐÐ Ø Ò ÔÓÐÝÑ Ö 1ØÖ ÞÓÐ 3⁄4 ̧ 3⁄4 ℄o Ë Ò Û Ñ Ø ÙÒ Ö×Ø Ò Ò Ø ÀË1ÄË ØÖ Ò× Ø ÓÒ Û Ø ÙÖ Ø ÐÐ1 Ð ØÖÓÒ Ì Ð ÙÐ Ø ÓÒ× ̧ Û Ö ÓÑÔÙØ Ö ÒØ Ò× Ú Û Ô Ø ×× ÒØ Ð ØÙÖ × ÓØÑØÖÐÒ × ÑÔÐ Ý Ø Ó× Ð Ñ ÒØ× Ø Ø Ö × ÓÒ ÖÝ ØÓ Ø ØÖ Ò× Ø ÓÒ Ð Ø Ò ØÙÖ Ó Ø ×Ù ×Ø ØÙ ÒØ Ê Ò Ø ÓÙÒØ Ö ÓÒ − ́×Ô Ò ØÖ Ò× Ø ÓÒ× Ö Ó × ÖÚ ÓÖ ÛÖÒÓÖ ÒØ ×Ù ×Ø ØÙ ÒØ× Ê Ò ÓÙÒØ Ö ÓÒ× −μo Ï ÓÒ× Ö ÓÑÔÓÙÒ 3⁄4 Ò o 1⁄2 Û Ø Ê À3 Ò − −o Ì × ÑÓ Ð ×ØÖÙ ØÙÖ × Ø × ÓÖØ Ö Ò ÒÚ ÖÓÒÑ ÒØ Ó ØÁÁμ ÒØ Ö× Ü ØÐÝ × Ò ×ØÖÙ ØÙÖ 1⁄2 Ò o 1⁄2 Û Ð Ø ÐÓÒ Ö Ö Ò ÒÚ ÖÓÒÑ ÒØ 5 μ

NN N R n
ÔÔÖÓ o
ÖÒ o
Full Text
Published version (Free)

Talk to us

Join us for a 30 min session where you can share your feedback and ask us any queries you have

Schedule a call