Riassunto analitico
La capacità di controllare i gradi di libertà di spin degli elettroni su scala nanometrica è una delle sfide cruciali nel campo delle nanoscienze sia dal punto di vista teorico che sperimentale. Questa tesi si propone di esplorare le capacità dei metodi basati sul funzionale della densità nel riprodurre le proprietà delle molecole magnetiche in fase gassosa, e i meccanismi attraverso i quali può essere raggiunto l'accoppiamento magnetico di uno spin molecolare con diversi supporti magnetici. In particolare , è stato analizzato l'accoppiamento magnetico in dimeri eterometallici supramolecolari, cioè purple-Cr7M/pyr/green-Cr7M', al variare degli ioni magnetici M,M' = Ni, Zn e Mn, e discusso i risultati in termini dei diversi percorsi di accoppiamento magnetico attraverso il ponte piridinico (pyr). Abbiamo anche affrontato il caso di una molecola di cobaltocene adsorbito su grafene cresciuto su diversi metalli ferromagnetici (cioè Ni(111) , e monostrati di Fe e Co su Ni (111) ), focalizzandoci sul ruolo del grafene. Esso permette infatti di disaccoppiare elettronicamente la molecola dai substrati metallici consentendo tuttavia l'accoppiamento di scambio tra lo spin molecolare e gli strati ferromagnetici sottostanti . A seconda della periodicità del sistema studiato, sono stati utilizzati rispettivamente basis set composti da gaussiane localizzate (NWChem) o onde piane (VASP).
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Abstract
The ability to control electron spin degrees of freedom at the nanoscale is one of the crucial challenges in nanoscience both from fundamental and technological points of view. The scope of this thesis is to test the capability of density-functional based methods to reproduce the properties of magnetic molecules in the gas phase, and to investigate the mechanisms through which magnetic coupling of a molecular spin with magnetic substrates can be achieved.
More specifically, we have analyzed the magnetic coupling in heterometallic supramolecular dimers, i.e. purple-Cr7M/pyr/green-Cr7M',
by systematic variations of the M, M' magnetic ions, M, M'= Ni, Zn and Mn, and discussed the results in terms of the different exchange paths through the pyridine (pyr) linker. We have also addressed the case of a cobaltocene molecule adsorbed on graphene/ferromagnetic metal surfaces (e.g. Ni(111), and Fe or Co monolayers on Ni(111)), emphasizing the role of graphene in electronically decoupling the molecule from the metal substrates, while, on the other hand, allowing and mediating the exchange coupling between the molecular spin and the ferromagnetic layers below. Depending on the periodicity of the system (zero-dimensional for isolated molecules or three-dimensional for molecules on surface) under interest, codes employing localized gaussian (NWChem) or plane waves (VASP) basis set were used, respectively
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