A Luminescent Thermometer Exhibiting Slow Relaxation of the Magnetization: Toward Self-Monitored Building Blocks for Next-Generation Optomagnetic Devices

Abstract

The development and integration of Single-Molecule Magnets (SMMs) into molecular electronic devices continue to be an exciting challenge. In such potential devices, heat generation due to the electric current is a critical issue that has to be considered upon device fabrication. To read out accurately the temperature at the submicrometer spatial range, new multifunctional SMMs need to be developed. Herein, we present the first self-calibrated molecular thermometer with SMM properties, which provides an elegant avenue to address these issues. The employment of 2,2′-bipyrimidine and 1,1,1-trifluoroacetylacetonate ligands results in a dinuclear compound, [Dy 2 (bpm)(tfaa) 6 ], which exhibits slow relaxation of the magnetization along with remarkable photoluminescent properties. This combination allows the gaining of fundamental insight in the electronic properties of the compound and investigation of optomagnetic cross-effects (Zeeman effect). Importantly, spectral variations stemming from two distinct thermal-dependent mechanisms taking place at the molecular level are used to perform luminescence thermometry over the 5–398 K temperature range. Overall, these properties make the proposed system a unique molecular luminescent thermometer bearing SMM properties, which preserves its temperature self-monitoring capability even under applied magnetic fields.

Triplet‐State Position and Crystal‐Field Tuning in Opto‐Magnetic Lanthanide Complexes: Two Sides of the Same Coin

“…Recently,w ed emonstrated for the first time that Dy 3 + [39] and Yb 3 + [40] SMMs can simultaneously act as luminescentt hermometers. Thus, the apparent significance of Tb 3 + complexes as multifunctional speciesi sa tt he base of this study,w hich unveils the intermingled effects that different ligands have on the coordination geometry of the metal centre and the sensitisation of its photoluminescence.…”

Multifunktionale Einzelmolekülmagnete auf Lanthanoidbasis in neuem Licht

“…Diese Merkmale beeinträchtigen zwar häufig die Helligkeit von Dy 3+ ‐Komplexen, lassen sich aber nutzen, um Erkenntnisse über den thermischen Zustand des Systems zu erlangen [112] . Andere routinemäßig eingesetzte Ionen sind Yb 3+ und Er 3+ .…”

“…Jede “Emissionslinie” ist in Wirklichkeit ein Multiplett, dessen Struktur dadurch bestimmt wird, wie die M J ‐Unterniveaus der am strahlenden Übergang beteiligten Energiezustände verteilt sind. Als Beispiel ist in Abbildung 8 das Emissionsspektrum eines zweikernigen Dy 3+ ‐Komplexes, [Dy 2 bpm(tfac) 6 ], [112] zusammen mit seiner Dekonvolution und dem daraus abgeleiteten Energieniveauschema dargestellt. Im Allgemeinen sind die Komponenten, in die sich jeder Übergang unterteilt, unterschiedlicher Art:…”

“…Δ opt kennzeichnet die Energiebarriere zwischen den ersten beiden M J ‐Unterniveaus des Grundzustandes: eine Größe, die von Interesse für die Interpretation des magnetischen Verhaltens des Systems ist. Als illustratives Beispiel wurde der Komplex [Dy 2 bpm(tfac) 6 ] herangezogen [112] …”

“…Nicht‐Kramers‐Ionen haben eine gerade Anzahl von 4f‐Elektronen, J ist ganzzahlig, und der Grundzustand spaltet sich in 2 J +1 Unterniveaus auf. Deswegen werden die Spektren von Komplexen mit Dy 3+ (4f 9 ) routinemäßig so interpretiert [112, 121, 122] . Die Emission von Yb 3+ (4f 13 ) könnte auch wertvolle Informationen liefern, wie die Beispiele zeigen, die von Pointillart et al., Maury et al [114, 115] .…”