Surface-Supported Hydrocarbon π Radicals Show Kondo Behavior

Abstract

Stable hydrocarbon radicals are utilized as spin standards and prototype metal-free molecular magnets able to withstand ambient conditions. Our study presents experimental results obtained with submolecular resolution by scanning tunneling microscopy and spectroscopy from monomers and dimers of stable hydrocarbon π radicals adsorbed on the Au(111) surface at 7–50 K. We provide conclusive evidence of the preservation of the radical spin-1/2 state, aiming to establish α,γ-bisdiphenylene-β-phenylallyl (BDPA) on Au(111) as a novel Kondo system, where the impurity spin is localized in a metal-free π molecular orbital of a neutral radical state in gas phase preserved on a metal support.

Resolving the Unpaired‐Electron Orbital Distribution in a Stable Organic Radical by Kondo Resonance Mapping

“…[10][11][12][13][14][15][16][17][18][19][20][21][22][23][24] In scanning tunneling spectroscopy (STS) experiments,t he presence of an unpaired electron can be detected through the measurement of the Kondo resonance, originating from the interaction between the unpaired electron spin localized on the molecule and the conduction electrons of an onmagnetic substrate. [10][11][12][13][14][15][16][17][18][19][20][21][22][23][24] In scanning tunneling spectroscopy (STS) experiments,t he presence of an unpaired electron can be detected through the measurement of the Kondo resonance, originating from the interaction between the unpaired electron spin localized on the molecule and the conduction electrons of an onmagnetic substrate.…”

“…[10][11][12][13][14][15][16][17][18][19][20][21][22][23][24] In scanning tunneling spectroscopy (STS) experiments,t he presence of an unpaired electron can be detected through the measurement of the Kondo resonance, originating from the interaction between the unpaired electron spin localized on the molecule and the conduction electrons of an onmagnetic substrate. Less attention has been devoted to the study of stable organic radicals, [12,14,21,[27][28][29] which make use of the possibilities enabled by chemical design. Less attention has been devoted to the study of stable organic radicals, [12,14,21,[27][28][29] which make use of the possibilities enabled by chemical design.…”

“…[7][8][9] In this way,t he spatial extent of the unpaired-electron orbital can be engineered through chemical synthesis,allowing the coupling to neighbors and electrodes to be tuned.Recently,scanning tunneling microscopy (STM) has been applied to the study of several organic radicals deposited on metal surfaces. [10][11][12][13][14][15][16][17][18][19][20][21][22][23][24] In scanning tunneling spectroscopy (STS) experiments,t he presence of an unpaired electron can be detected through the measurement of the Kondo resonance, originating from the interaction between the unpaired electron spin localized on the molecule and the conduction electrons of an onmagnetic substrate. [25,26] However,i nm ost cases,the radical character of the molecule has been achieved through atomic manipulation and/or charge transfer from the surface,r epresenting an onscalable approach.…”

Abbildung des Orbitals des ungepaarten Elektrons in einem stabilen, organischen Radikal anhand seiner Kondo‐Resonanz

“…[10][11][12][13][14][15][16][17][18][19][20][21][22][23][24] In der Rastertunnelspektroskopie (RTS) tritt das Vorhandensein eines ungepaarten Elektrons oftmals durch eine Kondo-Resonanz zutage,d ie aus dem Zusammenspiel zwischen dem auf dem Moleküllokalisierten, ungepaarten Elektronenspin und den Leitungselektronen einer nichtmagnetischen Unterlage entsteht. [10][11][12][13][14][15][16][17][18][19][20][21][22][23][24] In der Rastertunnelspektroskopie (RTS) tritt das Vorhandensein eines ungepaarten Elektrons oftmals durch eine Kondo-Resonanz zutage,d ie aus dem Zusammenspiel zwischen dem auf dem Moleküllokalisierten, ungepaarten Elektronenspin und den Leitungselektronen einer nichtmagnetischen Unterlage entsteht.…”

“…[10][11][12][13][14][15][16][17][18][19][20][21][22][23][24] In der Rastertunnelspektroskopie (RTS) tritt das Vorhandensein eines ungepaarten Elektrons oftmals durch eine Kondo-Resonanz zutage,d ie aus dem Zusammenspiel zwischen dem auf dem Moleküllokalisierten, ungepaarten Elektronenspin und den Leitungselektronen einer nichtmagnetischen Unterlage entsteht. [25,26] In vielen Untersuchungen resultierte das ungepaarte Elektron in Molekülen jedoch durch Elektronenaustausch mit dem Metall oder durch Umwandlung einzelner Moleküle in Radikale mittels atomarer Manipulation auf der Oberfläche.I mU nterschied dazu gibt es nur wenige Untersuchungen zum Verhalten stabiler, organischer Radikale, [12,14,21,[27][28][29] die die Mçglichkeiten des chemischen Designs nutzen. Unter dieser Klasse von Systemen mit nicht abgeschlossener Elektronenkonfiguration weisen Blatter-Radikale ein stark delokalisiertes Orbital des ungepaarten Elektrons auf,w as auch unter Umgebungsbedingungen zu einer ausgeprägten chemischen Stabilitätf ührt.…”