Ultrastarke Elektron‐Phonon‐Kopplung in Uran‐organischen Gerüstverbindungen führt zu einer inversen Temperaturabhängigkeit der Lumineszenz

Abstract

AbstractElektron‐Phonon‐Wechselwirkungen, die in kondensierter Materie von entscheidender Bedeutung sind, werden in metallorganischen Gerüstverbindungen (MOFs) selten beobachtet. In Lanthanoid‐ oder Actinoid‐basierten Verbindungen gelingt der Nachweis dieser Wechselwirkungen typischerweise über die Analyse der Lumineszenz. Frühere Studien zu Ln‐ und Ac‐basierten MOFs bei hohen Temperaturen ergaben zusätzliche Lumineszenzsignale, die jedoch zu schwach für eine gründliche Analyse waren. Im Rahmen unserer Untersuchungen haben wir mithilfe eines Schicht‐für‐Schicht‐Verfahrens eine hochgeordnete, kristalline uranbasierte MOF‐Dünnschicht (KIT‐U‐1) hergestellt. Unter UV‐Licht zeigte diese Schicht zwei ausgeprägte „heiße Banden“, die auf eine starke Elektron‐Phonon‐Wechselwirkung hinweisen. Während bei 77 K keine Emissionsbanden sichtbar waren, erschien bei 300 K eine Emissionsbande mit der halben Intensität der Hauptbande. Überraschenderweise tauchte oberhalb von 320 K eine zweite, sogenannte heiße Bande auf, die von früheren Ergebnissen aus Seltenerd‐Verbindungen abweicht. Wir haben eine detaillierte ab initio‐Analyse mithilfe der zeitabhängigen Dichtefunktionaltheorie durchgeführt, um dieses ungewöhnliche Verhalten zu verstehen und die für die starke Elektron‐Phonon‐Kopplung verantwortliche Gitterschwingung zu identifizieren. Die heißen Emissionsbanden der KIT‐U‐1‐Schicht wurden dann dazu genutzt, ein hochempfindliches optisches Einkomponenten‐Thermometer zu entwickeln. Diese Ergebnisse belegen das Potenzial hochwertiger MOF‐Dünnschichten bei der Nutzung der einzigartigen Lumineszenz von Lanthanoiden und Actinoiden für neuartige Anwendungen.