Das magnetische Verhalten Mangan-dotierter Zinncluster - Der Einfluss von Topologie und Temperatur auf das Ablenkverhalten atomarer Cluster in Stern-Gerlach-Experimenten

Die magnetischen Eigenschaften isolierter Mangan-dotierter Zinncluster werden in Molekularstrahl-Experimenten untersucht. Der Einfluss von Topologie und Dynamik der Cluster auf das Verhalten im inhomogenen Magnetfeld wird analysiert. Dabei erweisen sich vor allem angeregte molekulare Vibrationen der Cluster als bedeutend. Zur Aufklärung der Clusterstrukturen werden die dielektrischen Eigenschaften der Cluster untersucht und mit dem für bestimmte Isomere erwarteten Verhalten verglichen. Durch quantenchemische Rechnungen (Dichtefunktionaltheorie) werden die Grundzustandsisomere, der Spinzustand des elektronischen Grundzustands, das elektrische Dipolmoment und die elektronische Polarisierbarkeit sowie die Schwingungsspektren der Cluster ermittelt. Temperaturabhängige Messungen zeigen, dass das magnetische Ablenkverhalten der Cluster im Vibrationsgrundzustand empfindlich von der Clustergeometrie abhängt. Der Anteil vibrationsangerechter Cluster wiederrum wird einheitlich in Richtung des Feldgradienten abgelenkt.

Magnetic properties of isolated manganese-doped tin clusters are investigated by molecular beam experiments. The impact of topology and dynamic of the clusters on the deflection behavior in inhomogeneous magnetic fields are analyzed. Combined electric beam deflection studies and quantum chemical calculations are employed to study the cluster geometries. The topology, electronic spin state, electric dipole moment, electronic polarizability and vibrational normal modes of the cluster species are obtained by density functional theory. The size- and temperature-dependent magnetic response of clusters with 9-18 tin atoms, doped with a single manganese atom, is rationalized taking these properties into account. Temperature dependent measurements reveal that in the vibrational ground state the magnetic response is very sensitive to the cluster geometry. Vibrationally excited clusters on the other hand show uniform deflection in the direction of the magnetic field gradient.